纯电动汽车电池包冷却系统设计与优化

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锂离子电池的充放电容量、循环寿命、安全性等受温度的影响较大,当电池温度较高时,电池老化加速,循环寿命衰减加快,同时还存在电池自燃的风险。为了避免这种情况的发生,需要设计高效的电池包冷却系统以及时转移电池包内的热量。纯电动汽车动力电池包冷却系统设计有三大技术难点:电池单体生热模型的建立、电池模组的结构设计与优化、冷却液控制方案设计。针对这三个问题,本文分别采取了如下方法:第一点,在D.Bernardi模型的基础上提出了基于开路电压拟合的电池单体生热模型建模方法,即以电池单体充、放电试验数据为基础,将电池的开路电压拟合成关于环境温度、充放电倍率、荷电状态(SOC)以及循环次数的函数,然后将拟合函数代入到D.Bernardi模型中,得到改进后的电池单体生热模型。第二点,利用UG软件完成了电池模组的参数化建模,得到了不同结构参数下的电池模组三维模型,然后利用正交试验法对电池模组的结构参数进行了优化。第三点,采用双模糊控制从电池最高温度和电池间最大温差两个方面对冷却液流速进行了调控,同时搭建了电池包流速控制验证平台,基于此验证平台和Fluent仿真平台分别对本文所提出的流速控制方法与基于温度分阶的流速控制方法进行了测试,以验证控制方法对于电池最高温度和最大温差的控制效果。经测试发现,本文所提出的建模方法对于磷酸铁锂18650电池和NCR18650B三元电池均适用,且利用该建模方法所建立的单体生热模型都表现出良好的温度预测效果。另外,在相同条件下,参数优化后的模组结构可以将电池最高温度降低3.6℃,将最大温差降低3.8℃,同时模组所占面积下降3.125e+4mm2,冷却液压降减少100Pa。最后,在相同条件下,本文所提出的冷却液控制方法相比于基于温度分阶的流速控制方法,最高温度下降了3℃,最大温差下降了1.75℃,能耗下降了13.3%。
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