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鋰離子電池包熱管理系統設計及優化

來源:http://www.content-revival.com/ │ 發表時間:2019-09-08 | 瀏覽數:載入中...

在汽車總保有量不斷增長、化石能源逐漸減少的今天,新能源汽車的發展已經成為了各國以及各大汽車企業所關注的重點領域。動力電池作為電動汽車的主要能源,其性能的優劣直接影響到汽車整車性能的好壞。電動汽車動力電池種類有許多,賽曼所選用動力電池為鋰離子電池。由于鋰離子電池自身機制的原因,在工作時將產生大量的熱,而過高的工作溫度將降低鋰離子電池工作性能。因此在鋰離子電池包溫度達到警戒線時,必須采用一定的散熱措施來降低鋰離子電池的溫度。賽曼首先介紹了電池包熱管理系統的研究背景及意義,給出了目前常用動力電池的類型及特點,并對國內外電池包熱管理系統研究現狀做了介紹。然后介紹了鋰離子電池結構及其化學原理,給出了鋰離子電池產熱模型,并根據單體鋰離子電池1C倍率放電下溫度變化曲線,計算出了單體鋰離子電池1C倍率放電時的發熱功率,發熱功率為4W。其次賽曼進行了空氣自然冷卻電池包的熱特性實驗以及熱仿真。首先,對鋰離子電池包進行3個完整的1C充放電循環,使用溫度測試儀記錄電池包表面溫度變化,并在實驗結束后繪制電池包表面溫度隨時間變化曲線。然后,進行空氣自然冷卻電池包的熱特性熱仿真,與實驗結果進行對比,得出結論:空氣自然冷卻電池包的熱特性仿真結果與實驗基本一致,說明電池包熱仿真邊界條件設置合理;根據仿真與實驗結果,可以知道電池包在空氣自然冷卻下運行時,溫度變化過大,最高溫度與最大溫差都超出電池包安全運行要求,必須采取額外的冷卻措施,以保障電池包安全工作。最后,賽曼根據電池包結構與冷卻要求,設計了電池包熱管理系統。首先對熱管理系統進行了壓阻計算,根據仿真結果,優化了水路結構,使水路壓阻降低,總壓降減小。然后使用水路優化后的熱管理系統與電池包進行了流固耦合熱仿真,通過仿真計算,發現相比于鋁合金導熱板,石墨材料導熱板由于其各向異性,有利于均衡不同單體電池間的溫度,能有效降低電池包溫差。最后,對所設計的電池包熱管理系統進行了電池包加熱流固耦合熱仿真,結果表明該電池包熱管理系統能很快地對電池進行加熱,使電池可以在規定的工作范圍內運行,并且保證了電池包溫差在一定范圍內。

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