锂离子动力电池因其高能量密度,长循环寿命等特点,广泛用于电动汽车储能系统。然而,锂离子动力电池对工作温度有着苛刻的要求:电池工作温度过低将会导致电池的电性能下降,电池工作温度过高又将会导致容量衰减过快,缩短电池的使用寿命;当电池温度超过高温极限时,将会发生热失控,危及使用者的安全。此外,辅助设备能耗过高,缩短电动汽车的续航里程。因此,对锂离子动力电池热管理系统进行研究、分析和优化是非常有意义的。本文从电动汽车用锂离子电池着手,分别从电池产热、风冷散热、系统控制策略分析三个方面对电池热管理系统进行了研究。旨在通过优化设计电池热管理系统,为电池提供一个合适的工作温度环境,提高电池系统的安全性,延长电池的使用寿命。此外,最大程度减少各个辅助设备的能耗,从而延长电动汽车的续航里程。具体研究内容如下:(1)研究不同工作温度条件下的锂离子动力电池,考察了温度对其性能的影响规律和热失控特点,建立锂离子动力电池瞬态产热计算模型。通过研究不同温度条件下的锂离子动力电池的特性,分析了温度对电池的电性能的影响,以及电池热失控的行为特点,探究了不同SOC、温度、放电倍率和持续放电时间对电池等效内阻的影响。实验结果表明,电池等效内阻会随着SOC变化而不断波动;随着电池温度的升高而逐渐减小;当放电倍率小于0.5C时,等效内阻随着放电倍率的增大而减小;而当放电倍率大于0.5C时,等效内阻不再随放电倍率的增大而发生明显变化;延长持续放电时长将会增加电池的等效内阻,且当持续放电时长小于100 s时,电池等效内阻与持续放电时长的关系将会受SOC的影响而有所差异。基于上述实验分析测试结果,建立电池瞬态产热计算模型,综合考虑温度、SOC、放电倍率以及持续放电时间对电池的影响,预估电池的产热情况。(2)设计了18650型锂离子动力电池4P8S风冷式模组,研究了顺排、错排和交叉排三种不同电池排列结构的强制风冷系统。通过研究电池在不同放电倍率条件下的特性,分析在不同产热率条件下系统的冷却效果;通过调整冷却风速,分析电池模组在不同冷却风速下的冷却能力、系统能耗和电池温度分布情况。实验结果表明,随着电池放电倍率的增加,电池的温升近似呈线性增加;提高冷却风速可以有效减小电池的温升,同时也将降低电池温度的一致性;随着冷却风速的提高,电池系统冷却效果的改善力度将逐渐变弱,风机的能耗将会随着风速的增加呈指数增长;关于风冷电池模组温度分布特点,顺排结构模组温度最小值出现在冷却风进口处,而错排和交叉排结构的电池,温度最小值出现在沿冷却风流动方向的第二列;沿着冷却风流动的方向,相邻两列的电池温差逐渐减小;三种排布的电池温度最大值点均出现于冷却风出口处。相比于其他两种排布结构,顺排结构电池模组具有最好的散热性能和温度一致性。(3)针对主动强制风冷模式的电池热管理系统,建立Simulink系统仿真模型,充分考察电池产热、风冷换热、风机与制冷系统的能耗以及电池容量衰减,通过顺排结构电池模组实验确定模型参数。对温度阈值设定、冷却风机与制冷系统的功率配比两个方面的系统控制策略进行研究分析。结果表明,电池在外界环境温度为308 K条件下工作,将电池温度控制在313 K左右,热管理系统具有更小的冷却能耗和更高的冷却效果;温度阈值范围越大,模组在工况循环中的最高温度越高,温差越小。提高风机或者制冷系统的输入功率均可以有效降低模组的温度,减缓电池容量衰减。模组温差和电池劣化的不一致程度将随制冷系统输入功率的增大而增大,却随风机输入功率增大而减小。