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混合动力客车电池包散热系统研究

许超  
【摘要】: 随着环境污染和能源紧缺问题的日益严重,混合动力汽车(HEV)的研究正受到越来越多的重视。作为HEV能量来源之一的动力电池,由于其工作性能和使用寿命同电池的工作温度有着密切的联系,因此对电池包的散热系统进行研究具有重要意义。 本文以SWB6116HEV混合动力客车的LiFePO_4电池包散热系统为研究对象,根据客车电池热管理的设计要求以及LiFePO_4电池的温度特性,通过实验和仿真的方法对散热系统进行了研究并做出了改进。本文的主要工作可以概括如下: (1)分析了LiFePO_4电池的温度特性,在绝热条件下对单体电池进行了热参数测量实验,并编制了LabVIEW程序对温度数据进行了自动采集和记录。通过对实验数据的处理,得到了单体电池的发热功率关于电流强度的函数以及电池的等效比热容。此外,根据传热学中并联热阻和串联热阻的原理,计算出了电池沿三个正交方向的导热系数。 (2)利用Fluent软件对客车现有的、采用自然通风方式进行冷却的散热系统进行了CFD仿真计算,并通过实车实验对仿真进行了验证。将仿真结果同实验数据进行对比,两者基本吻合。可见通过CFD仿真计算,可以对电池包内的热流场做出比较准确的预测。此外结合实验及仿真的结果发现,现有散热系统无法在夏季极端气候条件下满足电池包的热管理设计要求,必须对其做出改进。 (3)为了减小冷却空气的流动阻力,增加空气流量,对现有散热系统提出三条改进措施:①在电池包的尾部增加冷却风扇,并从车厢中抽取冷却空气;②对电池包中的挡板结构进行改进;③拓宽电池间的冷却风道宽度。通过CFD计算对上述三条措施的改进效果分别进行了仿真。仿真结果显示,使用上述措施后,稳态时电池包内的最高温度将低于40℃,能够维持在LiFePO4电池的最佳工作温度范围内。 (4)根据城市工况下的实车实验数据,计算出了车载动力电池在重载情况下的峰值发热功率。根据上述数据的稳态仿真结果,对散热系统做了进一步的优化,在电池包尾部增加了备用冷却风扇。该风扇仅在电池包处于重载高负荷时工作,以便在短时间内提高电池包的散热能力。对该措施进行了稳态和非稳态仿真,模拟了电池包内温度的下降过程,证实了优化措施的有效性,并根据仿真结果选定了控制备用风扇的温度阈值。


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