基于液冷的软包锂离子电池组的热管理研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shenlixi44
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由于传统汽车对于能源的消耗与环境的污染日益加剧,越来越多的新能源汽车被推广使用。作为电动汽车的核心部件动力电池,其性能影响着汽车的行驶里程与安全,采用高能量密度的锂离子电池能有效的提升续航里程,却容易引发热安全性问题。因此,对动力电池进行热管理设计,在高温时将电池温度降低,低温时对电池加热,保证电池温度的均匀性,使电池工作在合适的温度范围内,将有效提高汽车的续航里程、电池的寿命及整车的安全性。本文针对车用软包锂离子电池,进行相关的热管理设计研究,其研究内容如下:(1)对锂离子电池的结构及工作原理进行分析介绍,并分析了单体电池的产热机理与传热机理,并通过相关实验测得电池的密度、导热系数和比热容。(2)对电池单体进行相关容量、电压、温升及混合功率脉冲特性(HPPC)内阻测试,得到电池相关参数及温升曲线;并根据相关热物性参数及内阻参数,建立了电池单体的生热模型,得到不同放电倍率下的电池温升特性曲线;将仿真结果与实验进行对比,发现在不同放电倍率下,仿真与实验的曲线较为贴合,温差较大的点均在放电末期,0.5C放电时最大温差小于0.5°C,1C放电时最大温差小于1°C,2C放电时末期温差小于3°C。(3)根据电池模组的排布形式,对热管理系统部件进行设计计算,并对液冷板进行结构优化及流场仿真分析,发现方案e的流道布置形式较其他方案更优。并在方案e的基础上对流道宽度、扰流柱大小及排布进行分析,发现流道宽度为50mm、排列方式采用叉排、扰流柱直径采用8mm及个数采用12个能有效的降低液冷板的压差和控制电池包的最高温度。之后还对导热片厚度及导热硅胶垫的热阻对电池温升的影响进行分析,发现导热片厚度为5mm时能较好地进行热传导,且导热硅胶垫的热阻对电池整体温升有接近1°C的影响,不能忽略。(4)对4个8P5S的电池模组与单块液冷板进行热仿真,分析了不同放电倍率下电池的最高温度,发现在0.5C放电时电池最高温度为27.3°C,1C放电时电池最高温度为34.2°C,2C放电时电池最高温度为61.7°C。由于2C放电只是很短暂的时间,主要对1C持续放电进行研究。之后,分析了在1L/min-4L/min不同冷却液流速下的电池温度分布、25°C-45°C不同环境温度下的电池温度分布以及10°C-30°C不同冷却液温度下的电池温度分布。结果显示,冷却液流速在2L/min时能有效地降低电池的最高温度,且在不同环境温度及冷却液温度下均能将电池的最高温度控制在40°C以内,电池单体间的温差控制在5°C以内,证明了液冷板良好的散热能力。还分析了低温情况下对电池模组的加热,考虑了低温充电加热策略及低温放电加热策略,均能使电池在1300s内加热到15°C,使电池工作在合适的温度范围,提高寿命和续航里程。
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