【摘 要】
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资源枯竭与环境污染是人类当前发展面临的两大困境,电动汽车作为新能源汽车是解决当前困境的关键之一。动力电池是电动汽车的能量来源,在众多动力电池中,锂离子电池具有能量密度高、质量轻、无污染等优点而广泛应用于电动汽车。但锂电池的工作性能和使用寿命受温度影响很大,过高或过低的温度都会导致锂电池的充放电容量减少、使用寿命缩短,甚至引发安全事故。因此为保证锂离子电池在适宜的温度范围内安全高效地工作,锂电池热管
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资源枯竭与环境污染是人类当前发展面临的两大困境,电动汽车作为新能源汽车是解决当前困境的关键之一。动力电池是电动汽车的能量来源,在众多动力电池中,锂离子电池具有能量密度高、质量轻、无污染等优点而广泛应用于电动汽车。但锂电池的工作性能和使用寿命受温度影响很大,过高或过低的温度都会导致锂电池的充放电容量减少、使用寿命缩短,甚至引发安全事故。因此为保证锂离子电池在适宜的温度范围内安全高效地工作,锂电池热管理系统的研究与设计具有重要意义。本文首先介绍了锂电池的基本结构、工作原理以及锂电池的产热和散热理论。用理论计算的方法得到了单体18650锂电池的热物性参数,通过CFD仿真技术建立了基于Bernardi方程的电池产热模型,模拟数据与实验数据的对比验证了电池产热模型的合理性。然后,为解决锂电池组在40℃极端放电温度下的散热问题,设计了基于相变材料的锂电池散热结构。研究结果表明,锂电池组因相变材料导热性差与相变潜热的完全消耗出现了热失控现象,电池组的最高温度与最大温差均超过安全温度范围。为解决此问题,提出了一种基于相变材料和液体复合式的锂电池散热结构,并研究了不同参数对散热效果的影响。研究结果表明,增加冷却液进口流速能够提升模型散热效果,但当流速大于0.08m/s后,进一步增加进口流速对散热效果无明显提升;U型流道在散热效果上与S型流道相近,并且S型流道复杂弯曲的结构导致了压强损失相对较大;在相同流速下,流道截面尺寸越大模型散热效果越好且压降越小,但当流速大于0.08m/s后,不同流道截面尺寸的模型散热效果十分接近;仅增加流道数量不改变进出口流向对散热效果影响很小;增加流道数量的同时采用交错流动可显著降低电池组最大温差。最后,为解决锂电池在低温环境下的保温问题,提出了基于相变材料的锂电池保温系统,对比研究了箱体式保温结构与相变材料-液体复合式保温结构的保温效果差异。研究结果表明,箱体式保温结构在冷却过程中均温性较差,复合式保温结构更具实际可行性。除此之外,添加保温层可有效延长保温时间。
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