经济增速放缓,引发全球范围内的产业变革,使得原本固化的汽车产业格局不断被打破重塑。汽车厂商在变革中谋发展,电动化、智能化、共享化、互联化为汽车行业注入新的发展活力。动力电池作为新能源汽车产业的核心驱动力,成为各大车企抢占未来市场的关键筹码。电池是温度敏感性元件,尤其对于我国东北的寒冷冬天以及南方的炎热夏天,最佳的工作温度区间窄。为了打破时间和地域的限制,突破产业发展的局限性,电池需稳定运行在适宜温度区间,此外,电池温度还关乎驾乘人生命安全,稳定有效的热管理方案是电池健康安全工作的可靠保证。因此,探究电池在运行过程中的电学和热学行为,明确电池充放电原理及生热规律对电池散热控制有重要意义,开发合理的冷却结构,制定精确的降温策略是热管理系统的关键核心。本文对18650圆柱锂电池在中高温度下放电的电池内阻、放电容量和环境温度、放电倍率、放电深度等放电参数的影响进行分析和规律总结。建立生热模型,并从冷却结构和降温控制两方面优化电池组温度特性。本文的主要研究内容如下:(1)拆解18650圆柱锂电池,研究单体电池的结构特点,搭建单体电池充放电测试系统,开展不同的环境温度、放电深度、放电倍率下的电池容量、内阻、温升测试。实验结果表明:放电效率随放电温度升高而增加,放电温度>45℃,放电效率>100%,电池出现过度放电现象。中高温(30~60℃)放电,电池阻值(欧姆内阻+极化内阻)随放电温度增加而下降,最大降阻幅值为15mW。电池阻值对放电深度DOD(Depth of discharge)有明显依赖,DOD<0.8时,电池内阻基本不变,DOD30.8时,极化反应加剧,电池内阻显著增加。单体电池表面温度呈现中间高两端低,随放电倍率增加,单体温度差异性扩大。拟合电池生热速率函数,建立均匀参数-电-池耦合模型,以电池表面最高温度作为衡量标准,仿真误差最大为3.2%。(2)建立4′17电池组排布形式,设计长扁形侧置式液冷紧凑型冷却系统,探究了电池和冷却管道的接触面积及接触形式,冷却管道截面形状对电池组温度特性的影响,细分为电池和冷却管道接触角、沿冷却液流动增加接触角幅值、冷却管道高度、沿冷却液流动管道高度增长幅值、冷却管道层数、冷却管道宽度等六种冷却结构。仿真结果表明:增加电池和冷却管道之间的接触角可以降低电池组最高温度和改善电池组温度均匀性,不同接触角下的电池组对冷却流速敏感度不同,提高冷却流速,大接触角冷却系统对电池组温度改善更明显。沿冷却液流动方向增加电池和冷却管道之间的接触角可以弥补冷却液下游因温度上升带来的冷却能力不足,对改善电池组温度均匀性效果显著。分析冷却管道高度以及变高度冷却系统,均通过改善沿冷却液流动方向散热量来优化电池组温度特性,增加冷却管道宽度对电池组温度特性影响较小,但可以显著降管路压降,减小冷却系统泵功率消耗。分层冷却对电池组最高温度,电池组温度均匀性,电池管路压降影响均较小。选取电池组最高温度、电池组温度差异、冷却管道压降三类评价指标,采用正交分析的极差分析,评价四种典型冷却结构参数对三类评价指标的主次影响。(3)选择电池和冷却管道接触角为40°,变接触角幅值为5°,管道高度为60mm,管道宽度为2mm,变高度类型二,单层冷却的结构参数组合。分析不同的放电倍率、冷却液流速、接触热阻、冷却液温度、冷却液种类对电池在高温放电下的电池组降温特性。仿真结果表明:相同冷却条件,电池组放电倍率越大,电池到达热平衡时间越久,电池组温度差异会在放电初期显著攀升,上升幅值受冷却液温度影响。提高冷却流速可以显著降低电池组最高温度和温度差异,但冷却流速增加到一定值,电池组温度特性改善不再明显。电池冷却液温度和电池组初始温度差值越大,电池组最高温度降温速度越快,但电池温度差异会迅速升高。降低电池和冷却管道之间的接触热阻可以降低电池组最高温度,但会增加电池组温度差异。不同水和乙二醇混合比的冷却液对电池组温度影响较小,此时应当着重从冷却液的凝沸点以及汽车工作环境的角度考虑冷却液配置。针对电池所处的环境温度,分为中温区、高温区。中温度区(30℃)电池组,采用定冷却流速被动冷却即可将电池组温度稳定在合适温度区间,控制方式简单,冷却系统功耗小。高温度区(40~60℃),40℃环境温度,电池组采用“定冷却液温度+定冷却流速”冷却方案,根据放电倍率调整冷却流速。50℃环境温度,电池组采用“变冷却液温度+定冷却流速”方案,优先考虑电池组温度均匀性,冷却液温度和电池组最高温度差值不高于7℃。60℃环境温度,电池组采用“变冷却液温度+变冷却流速”,电池组最高温度大于50℃,优先考虑电池组最高温度降温,电池组最高温度小于50℃,优先考虑电池组温度均匀性,此外,建立冷却流速和电池组温度差异关系函数,加快降温过程。三种主动降温方案均可以根据电池组降温侧重性调整冷却液温度和冷却液流速改变电池组降温进程。