不同工况下锂离子电池散热技术及实验研究

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电动汽车所使用的磷酸铁锂电池通常需要安装电池热管理装置以防止由于电池温度变化发生安全问题,目前常用的电池散热方式有风冷和液冷两种。虽然风冷散热能满足多数情况下电池散热要求,但是在极端工况下的散热性能还需要进一步研究,同时目前针对两种方式在相同工况下的散热效果还缺乏对比研究,因此本文采用风冷和液冷两种散热方案,对同一电池组在常规工况以及极端工况下的散热性能进行了比较分析,并对相应散热结构进行改进。本课题搭建了磷酸铁锂电池组风冷散热装置实验台,通过实验对磷酸铁锂电池组在常规工况以及极端工况下电池表面温度进行了研究。记录了不同工作状态下电池组表面温度随时间变化曲线。设计了采用风扇对电池进行强制冷却的散热装置,实现了在低放电倍率下,电池组表面温度控制在安全温度范围内。针对实验中所设计的磷酸铁锂电池组及其散热结构,确定了电池产热方程,使用Creo软件建立了三维仿真模型并通过Fluent模拟了与实验相同的工况下电池表面温度变化情况,将模拟数据与实验数据进行比较,验证了所建立模型的准确性。通过散热铜片厚度、进出口位置、箱体尺寸三方面对风冷散热装置进行改进,使得电池组在1.6C以下放电能够达到热管理要求。针对在极端工况下保证电池组不超过安全温度的需求,采用与风冷散热相同的电池生热模型开发了一款液冷散热装置。比较了放置于底部、放置于两侧的多种液冷板布局方式以及不同流道类型对散热性能的影响。针对两侧布局的蛇型流道液冷板,通过单因素法确定了影响散热效果的尺寸因素,开展了用于确定最优结构尺寸参数的正交实验,采用综合平衡法对结果进行分析得到了最优参数组合,使得所设计的液冷散热方案能够在2C放电的极端工况下达到热管理要求。针对所设计的液冷散热方案,搭建了实验平台,并设计了可循环使用冷却水的电池组液冷散热实验装置,通过实验研究了所设计的液冷散热结构在磷酸铁锂电池组极端工况下的散热性能,研究了不同冷却液温度对散热性能的影响。
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