混合动力公交客车锂离子动力电池舱的热特性研究

由于具有良好的充放电性能和安全性能，锂离子动力电池已在混合动力电动公交客车（Hybrid Electric Bus，HEB）上得到了广泛地应用。针对在广州市公交行驶工况条件下，HEB锂离子动力电池出现的工作温度差异大、电池舱产热量大和散热差的难题，以广州某款HEB的磷酸铁锂（LiFePO4/C）动力电池舱为研究对象，以提高电池舱中LiFePO4/C动力电池组的散热性能为目的，采用实验和计算流体动力学（ComputationalFluid Dynamics，CFD）的方法，研究LiFePO4/C动力电池，电池箱及其电池舱的产热及传热特性，提出基于散热性能的电池箱散热结构设计方法。 首先，以LiFePO4/C电池单体为对象，通过电池充放电实验和电池热效应的理论分析和计算，研究温度与电池容量，内阻，开路电压与荷电状态的关系，探讨LiFePO4/C动力电池充放电时的产热和传热机理，以及对流换热系数和空气来流温度对电池散热性能的影响。然后，以HEB的LiFePO4/C电池舱为对象，根据流体动力学及传热学理论，研究电池舱内空气的流动与传热原理，建立电池舱及其内部的LiFePO4/C电池箱和电池组的几何模型，网格模型，以及空气流动与传热数学模型，结合电池舱实车测试实验和电池热特性分析来获取CFD仿真的边界条件。在此基础上，对电池舱内空气流场和LiFePO4/C电池组的温度场进行CFD仿真计算，并分析冷却空气流动和温度分布与电池组散热的关系；以此为向导，提出风道热阻模型，并以此来探讨电池箱内电池散热风道的传热机理。 其次，进行了HEB实车测试实验，分析了HEB在实际公交客车行驶工况下，电池组的散热性能；并通过对HEB电池箱的充放电试验，验证了CFD仿真计算的结果。 最后，在热特性分析的基础上，提出了在电池箱中增设泄风口和可交替改变冷却空气流动方向的散热方法，并通过CFD仿真实验对其散热效果进行验证。