纯电动乘用车动力电池包的风冷系统热设计文献综述

 2022-08-02 15:05:24

  1. 纯电动汽车电池包简介

动力电池包系统指用来给动力电路提供能量的电池包和相关附件的总称。其中主要包括电池模组、电池管理系统(BMS)、热管理系统、电气及机械连接件、电池包外箱等部件。对于电池包系统来说,整车的设计、控制策略、部件的匹配、管理系统的功能等都影响到电池的应用状况和性能。因此进行匹配的选择时,应考虑整个系统的性能和特性。

动力电池包的通用性要求:安全性好、高比能量、高比功率、温度适应性好、长寿命、安装维护性强、综合成本低。

就目前的新能源汽车的发展现状来讲,对动力电池包系统的成熟应用还需要一个长期的研究过程,需要电池技术、电控技术、系统集成技术、结构技术和热能分析技术的全面发展来进行配合,需要我们相关行业的技术人员付出辛苦的努力。

2纯电动汽车电池包的热分析方法及现状

电池发热及在热环境下工作时,电池性能会受到较大的影响,会引起电池容量衰减,电池老化迅速,电池寿命缩短,甚至是烧毁。对于电动汽车而言,风冷式散热系统目前被广泛作为电池散热的首选。常见的电池组风冷散热系统有串行式和并行式两种,相对于串行式系统,并行式风冷系统具有更优的冷却均匀性。至今已有不少学者对各种形式的并行式风冷系统进行过研究,主要采用CFD方法。近些年,部分学者也尝试建立简化模型来模拟并行式风冷电池组的温度特性,但这些模型都有其各自的局限性,因此CFD方法仍旧是当下最为常规且有效的方法。(本次课题是运用fluent进行分析)

东风汽车股份有限公司商品研发院的刘宁,王家雁等人【1】对动力电池包系统的设计思路进行了系统的阐述,并对整车的设计要求,电池组的设计,热管理系统的设计进行了较为详细的讲述。但是也提出就目前新能源车的发展现状来看,对动力电池包系统的成熟应用还需要一个长期的研究过程,需要电池技术、电控技术、系统集成技术、结构技术和热能分析技术的全面发展来进行配合。

国网山东省电力公司电力科学研究院的任杰,李建祥等人【2】在锂离子电池温度特性的研究中提出,动力蓄电池作为纯电动汽车的动力来源,是提高整车性能和降低成本的关键一环,其温度特性直接影响电动汽车的性能、寿命和耐久性。用图表的方式给出了不同温度下单体电池的放电曲线,并提出了热管理措施,进行热管理措施的效应分析。最终显示锂离子电池的性能受环境温度的影响较大,在低温时放电容量减小,影响其在电动汽车上的应用,为此需要采取相应的热管理措施,使其能量得到充分的利用。

合肥工业大学机械与汽车工程学院的胡宁,张炳力等人【3】利用Advisor软件搭建了纯电动汽车模型,在高速工况下对纯电动汽车进行动态仿真分析,得出此工况下动力电池的输出电流分布。使用现有的试验条件求得动力电池产热量曲线,并以此作为电池仿真分析的热源模型。利用流体动力学软件STAR-CCM 分析纯电动汽车在高速工况下运行时,动力电池包的散热能力,最终基于仿真分析,得到电池组平均温度及温差随进口风速的变化曲线。该曲线显示随着进口风速的提高,可有效降低电池组平均温度。

阅读部分文献后发现,电动汽车在电池包的热管理系统方面的研究还是有待提高的,而电池的温度特性直接影响着电动汽车的性能、寿命和耐久性。所以对电池包的风冷热设计这个课题是非常有意义。

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