作为电动汽车动力源的核心,电池的安全性、比能量、比容量、循环寿命、充放电等性能决定电池模组和电池系统的性能品质,进而影响电动汽车的使用寿命、动力性能和安全性。电池充放电过程中大部分能量用于驱动负载,少部分能量以热的形式形成寄生功率。这部分热量若不能及时散出,会直接威胁电池系统的安全性,因此,必须解决电池系统的热管理问题。动力电池热管理设计原则上要兼顾电池系统所有的主要发热源,除电池单体的发热外,连接电池的汇流排也是发热源。本文以锂电池组为研究对象,基于多物理场耦合计算方法,围绕电池发热特性、汇流排的发热特性、强制风冷散热设计、液冷散热设计开展了仿真分析与实验研究。具体开展的工作包括以下几个方面:(1)为快速准确的预估电池系统的发热功率,定量评价动力电池发热特性和性能品质的优劣,本文提出“电池发热耗散率(BHDR)”新指标,以磷酸铁锂电池(LFP)、钛酸锂电池(LTO)、镍钴锰三元锂电池(NCM)、锰酸锂电池(LMO)、镍氢电池(Ni MH)为研究对象,采用绝热加速量热仪(Accelerating Rate Calorimeter,简称ARC)对特定工况下电池的发热特性进行实验测试,考察化学体系、放电倍率、起始温度、充放过程、荷电状态对电池发热性能的影响。电池系统的安全性、比能量、比容量、循环寿命不仅取决于单个电池的性能,更取决于电池系统所有电池的一致性。以某批次软包锂电池为研究对象,基于其批量实验测试数据采用数理统计方法对电池容量、直流内阻、开路电压的一致性、相关性进行分析,分析温度和荷电状态(SOC)对电池容量、直流内阻、开路电压的影响规律。研究表明:在低倍率放电过程中(<1C),LFP、NCM、LMO的BHDR均小于5%,Ni MH的BHDR处于5%-10%之间。(2)在并联电池模组的热管理系统设计中,是否考虑汇流排发热特性对电池的影响,采用热电耦合数值计算与实验研究方法从结构设计、焊缝参数、运行工况、电流分配等角度对汇流排的发热特性和电流均衡性进行研究。搭建了汇流排和电池单体的连接关系,研究不同放电倍率、不同I/O方式、不同接触面积以及不同I/O位置下,汇流排和电池发热之间的相互作用关系。还研究了放电倍率、电流I/O方式、汇流排接触面积和电流I/O位置等参数对电池模组温度场、电流密度的影响规律。测试结果表明在不同电流作用下,实验温升和数值模拟温升误差在5%之内。(3)以某电动汽车动力锂电池冷却单元为研究对象,采用CFD方法,探讨散热肋片、风道倾斜角、风道高度、风量以及空气过冷度对电池系统冷却效果、电池温度均匀性的影响。为保证数值计算的准确性,按某风道设计参数搭建实验平台,以汽车某运行工况下充放电电流数据为输入,采用多功能电池充放电测试系统对电池组进行实验测试。研究表明:当电池发热耗散率小于2%、电池系统能量小于20k Wh时,采用风冷散热是可行的。(4)针对传统风冷难以解决大容量电池系统的高温问题和温度一致性问题,本文采用CFD方法针对三种典型流道液冷板的散热性能、均温性能以及能耗进行研究。首先考察了流量对并行流道散热性能、均温性能以及能耗的影响,对比分析低流量下三种典型流道的散热均温性能差异及其成因。其次研究流道设计参数对中心回转流道散热均温性能的影响,分析在液冷板流道整体区域添加强化传热结构对液冷板散热性能、均温性能以及能耗的影响。最后为在散热性能、均温性能以及能耗之间获得更好的妥协,研究在液冷板流道部分区域添加强化传热结构以及交换进出水口对液冷单元综合性能的影响规律。本文提出了“电池发热耗散率(BHDR)”评价指标,以定量评价动力电池发热特性和性能品质。建立了电池组各向异性三维等效热电耦合模型,通过模组汇流排与电池发热相互作用关系的研究,结合电池发热耗散率(BHDR),对风冷散热能力进行定量评估。建立了典型液冷流道的三维仿真模型,研究了散热、均温以及能耗特性的影响因素,为液冷系统的设计提供理论支撑。