混合动力车用锂电池相变材料—空气耦合散热机理研究

随着环境和能源问题日益突出，电动车作为目前最可行的方案，受到越来越多的关注。蓄电池作为混合动力汽车关键组成部分之一，其性能的好坏直接影响整车性能，但是具有较高功率的电池都存在发热问题，影响电池的工作及安全性能，进而使整车性能下降，制约了混合动力汽车的发展。所以对电动汽车电池组的散热系统进行研究可以推进混合动力汽车产业的发展，具有重要的意义。 为了将电池温度控制在最佳的温度范围，本文结合空气冷却法与相变材料冷却法，设计了一种新型的相变材料-空气耦合散热系统，并建立了建立电池与散热系统的三维模型，使用Fluent软件对散热系统性能进行数值模拟。 本文的主要工作如下： （1）分析了锂离子电池的温度特性，计算出了电池的比热容、导热系数以及生热率。并根据传热学的相关理论建立锂离子电池组与散热系统的三维非稳态仿真模型。 （2）使用FLUENT软件分别从散热结构、翅片间隙以及相变材料持续工作性能等方面对散热系统的冷却性能进行了计算分析。通过对模拟结果进行分析，发现直接传热散热方案的温度控制效果更佳，在35℃环境温度下以3C放电600s最高温度不超过47.63℃，且可通过增大翅片间距来简化结构。散热系统在时长为1369s的UDDS城市道路循环中能够持续工作，整个循环过程电池最高温度能控制在44.5℃以下，平均温度保持在43℃左右。结果表明散热系统可达到以较简单的结构，较低的能耗将电池组温度控制在合理范围的目的。 （3）使用FLUENT软件分别对散热系统的加热性能、电池的自加热性能、相变材料的蓄热性能进行了计算研究，并对散热系统保温性能进行了改进。结果表明散热系统能够在能在7分钟内使电池温度上升到10℃以上。在1C放电下能通过电池的自加热使电池温度维持在10℃以上。在混合动力汽车停车后1500s内电池温度能保持在36℃以上。