高密度锂电池组内部热环境模拟研究

新能源汽车的最重要部件——动力电池,其性能的优劣将直接影响到新能源汽车的推广及使用。锂离子电池由于比能量高、比功率大、循环次数多、自放电率低、无污染等优点,已经成为新能源汽车的首选动力源。锂离子电池在工作时自身会产生很多的热量,而通常电池箱内电池的布置又很紧凑,导致大量热量的积聚,使电池的温度急剧升高,这会严重影响电池的使用性能,还有可能会导致热失控,发生安全事故。为使锂离子电池组在一个良好的热环境下工作,需要设计有效的电池组冷却散热方案,同时也要保证电池组内部的温度均匀性。本文所做的主要工作如下:1.介绍了新能源汽车的发展前景和现阶段动力电池技术的发展状况,分析了电池组进行热管理的必要性及电池组散热冷却方法研究现状。2.根据锂离子电池的内部结构及工作原理,结合锂离子电池的产热机理及传热特性分析,建立了锂离子电池的热模型,并给出了锂离子电池的热分析参数的计算方法。并分析了计算流体力学(CFD)在动力电池热分析中的应用情况。3.在通风冷却散热方案下,分别建立了顺排和叉排布置方式下电池组的整体模型,并对其进行了仿真计算,得到了电池组的温度场和流场分布情况,还分析了送风温度和送风量对电池组热环境的影响。当风量为2500m3/h时,顺排和叉排布置下电池的最高温度分别为304.02K和303.88K,最大温差分别为4.54K和4.57K;4.在液体冷却散热方案下,分别设计了蛇形、回形、分流、双排四种冷却板流道结构,并建立了相应的电池组模型,通过仿真计算得到了各流道结构下电池组的温度场和流场分布情况。流体参数对电池组热环境的影响很大,当进口质量流量为24g/s时,四种流道结构下电池组的最高温度分别为308.24K、307.06K、309.48K、309.27K,最大温差分别为为9.68K、8.03K、7.38K、4.40K。