锂离子动力电池生热特性分析及其选配

【摘要】：随着资源短缺和环境污染的日益严重，汽车保有量的不断提高，新能源汽车的研发与推广已经成为国家制定城市发展战略的重要手段。由于城市用车具有日行驶里程相对固定，停车位置比较集中的特点，因此更加有利于纯电动汽车的推广。为了满足纯电动汽车续驶里程，或者为了达到足够的驱动要求及制动能量回收效能，需要车载电池能够保证更多的能量供给，也带来了电池包热管理的难题。由于电池包温度与电池的使用性能与使用寿命息息相关，同时也影响着电池组的可靠性与安全性，研究电池包生热、传热、散热的有关规律，设计合理的电池包结构，研发有效的电池热管理系统变得十分重要。 本文分析和总结了国内外电池热管理的研究现状，采用计算流体力学的分析方法进行了电池选型与结构优化，下面介绍论文研究内容。 首先对国内外的研究现状进行分析，从锂离子电池反应及生热原理入手，着重研究了电池组一致性对电池使用性能的影响。通过分析电池容量、内阻与温度之间的关系，得到在保证电池一致性前提下所需要进行温度及温差控制的目标范围。 其次研究了锂离子电池生热、传热及散热的基本原理，通过合理简化，利用计算流体力学仿真软件FLUENT得到锂离子电池的热模型，通过Matlab及Advisor以拟合曲线与数组存储的方式获取了恒流充电与循环工况下的生热速率，并通过FLUENT实时调用的方式仿真对比了两种锂离子电池的温度场分布，最终确定选择小容量的锂离子电池并联以获得较低的温升及较小的温差 最后对某电池包进行建模，改变其结构参数进行一系列仿真，通过分析不同结构参数下电池包的温度场、压力场及流线分布，总结强制风冷的冷却规律，最终确定楔形通风结构各项结构参数，使其在循环工况条件下一致性保持在98%以上，在快速充电和恒流充电条件下，一致性保持在95%左右。