电动汽车用动力电池包热场仿真及设计应用

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目前日益严重的能源危机、环境污染和能源安全问题极大推动了以节能减排为特征的电动汽车的发展。动力电池系统作为电动汽车能量源,是电动汽车的核心。电动汽车由于车辆上空间有限,紧凑布置的动力电池在工作过程中产生大量热量且不易消散,使电池包内温度上升和形成不均匀的温度场,影响了部品性能、寿命,严重时还将导致热失控,造成安全问题。有效热管理是动力电池安全稳定运行必不可少的条件。本文结合车辆项目设计动力电池系统方案,采用流体力学软件STAR CCM+就所设计的方案进行了热性能模拟,仿真并且对热管理效果进行了分析评价,在此基础上,给出了优化后的动力电池热管理系统设计方案。  本论文首先根据某纯电动车型设计自然冷却动力电池系统方案,建立并简化动力电池几何模型、划分网格、选择物理模型,根据电池物性设置电池参数,结合温度、内阻、SOC、充傲电状态理论计算电池生热速率,仿真分析动力电池系统不同工况条件、不同环境温度下的温度场分布特性,得出动态温度分布云图。自然冷却动力电池系统25℃环境条件下1C放电仿真结果显示,放电过程中电池温度逐步不均匀上升,电池集中的大电堆中央位置温升最大。1C放电测试温升结果与仿真结果吻合性很好,验证了仿真的有效性。接着进一步在室温条件进行了1/3C放电、1C放电、NEDC工况和快速充电四种不同工况条件的电池热仿真,了解电池不同工况条件下电池包温升和温度场分布情况,发现电池温升速率与工作工况即充放电倍率直接相关,倍率越大,温升速率越大。论文还考察环境温度对电池温升影响,35℃条件下1C放电结束电池局部表面温度达到55℃以上,达到电池热保护临界温度,影响电池正常运行。  针对电池高温大功率放电存在的热保护问题,本文接下来优化动力电池热管理系统,设计强制风冷方案,并进行了流场和不同进风量下室温1C放电热仿真,相对自然冷却,风冷可以明显降低电池包整体温升,但会导致电池内部温度不均匀性更加明显,这种电池内部温差加剧可以通过增大风量和改进冷却风流向进行缓解。  通过自然冷却和强制冷却动力电池热仿真,可以在数字设计阶段评估动力电池热特性,保证产品品质,缩短开发周期,节省开发成本。
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