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微型电动汽车电池包热流场特性研究

蒋福平  
【摘要】:随着传统汽车保有量的增长,其带来的石油消耗和环境污染问题不容忽视。为解决石油消耗与污染问题,推动汽车产业可持续发展,纯电动汽车成为汽车产业发展的突破口。电池包作为纯电动汽车的动力源,其决定着电动汽车的使用性能、可靠性能、安全性能以及使用成本等。因而,针对动力电池包成组设计、热管理、SOC估算、控制策略等方面的研究迫在眉睫。电池包在充放电过程中会产生大量的热量。如果这些热量不能及时排出,会使电池包的温度快速上升,并引起电池包内的温度梯度的增加。电池包温度过高会引发电池包的热安全问题。同时电池包内的温度梯度过大会使部分电池比其它电池衰减得更快,从而加剧电池单体的不一致性。这些问题会影响电池包的性能和使用寿命,最终增加电动汽车的使用成本。所以,为使电池包发挥最佳性能,对电池包热管理的研究就显得尤为重要。本文将从电池热管理的角度研究动力电池包的热流场特性。本文阐述了锂离子电池的工作原理、生热及传热机理。通过实验测试了锂离子电池在不同环境温度下的放电容量和内阻,测试了锂离子电池单体在不同充放电倍率以及不同环境温度下的生热速率。利用CFD数值模拟方法计算了电池包在无冷却系统时的温升与温差,为验证冷却系统的冷却效果提供参考。同时,根据微型电动汽车的使用特点为其设计了风冷式散热系统,并分析了风扇的安装位置、流道宽度、风扇风速以及进气温度对电池包热流场的影响,最终确定了风冷式散热的设计方案。利用CFD数值模拟方法计算了电动汽车在匀速工况、爬坡工况、充电工况、NEDC工况以及不同环境温度下的电池包温升与温差,验证了本文设计的风冷式散热系统在不同的工况下都能够满足电池包的散热要求。为改善电池单体的温度一致性,本文提出了一种温度均衡方法。通过CFD数值模拟方法进行了验证和优化改进,最终获得了较理想的温度均衡方案。将温度均衡方案与强迫风冷相结合对电池包进行热管理,并通过典型工况仿真验证了温度均衡方案的可靠性。


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