纯电动汽车电量系统设计及电池热管理研究

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为了解决日益严重的环境污染和化石能源短缺问题,汽车电动化已成为汽车产业发展的重点和热点。随着我国各地公共交通工具电动化的逐步推进,燃油车的电动化改型设计将具有很大的市场需求。在这一过程中,受车辆续航里程要求持续增加的影响,车辆的电量系统及动力电池组冷却系统的设计面临更大的挑战。本文以一款作为出租车使用的乘用车车型为基础,对其油改电过程中的能量系统及电池热管理系统进行设计与分析。主要工作内容及结论如下:(1)以新威电池测试软件平台为基础搭建了锂离子电池试验台,对改型车辆选用的中航锂电2614894型号方形锂离子电池的性能进行了实验测试,获得了单体电池在不同环境温度、放电倍率下的温升和内阻,以及电压、电动势温度影响系数随SOC的变化关系,为单体电池的热特性研究奠定基础。(2)以Bernardi电池产热计算经验公式为基础,应用单体电池性能测试结果建立了锂离子电池关于温度及SOC变化的动态产热速率模型,并在ANSYS-Fluent软件中利用用户自定义函数功能(UDF)对建立的动态电池产热模型进行编程及热量加载,对电池在10℃,20℃,30℃,40℃下以0.5C,1C,2C倍率放电过程进行了热特性仿真分析,最后通过将仿真结果与实验测试结果进行对比,验证了电池动态产热模型的准确性及热特性数值仿真方法的可靠性。(3)基于选型车辆续航里程及动力性需求,对车辆电池总成的总电量需求进行了理论计算,并根据单体电池的性能参数确定了电池总成中电池单体的数量及连接方式。在此基础上,应用AMESim仿真软件搭建了整车的动力学模型,对电量系统设计的合理性进行了验证,并计算了电池在各个工况下的产热量,为电池热管理系统的设计提供数据支撑。(4)针对电池产热量最大的15%爬坡工况,基于流体力学及传热学基本理论对液冷板及其内部冷却流道基础尺寸进行了设计与计算,对电池热管理系统电池加热时的水暖PTC进行了功率设计。然后应用ANSYS-Fluent软件对不同流道结构的电池模组进行温度场、流场仿真分析,优选出冷却效果较好的冷板结构。最后,以优选出的冷板结构为基础,对电池总成进行了模组布置与冷却管道连接设计并对电池总成的液冷循环流动进行了仿真分析,其流场温度场仿真结果表明,在极端产热工况下,单体电池的最高温度为38℃,模组间单体电池的温差在1℃以内,总成内电池模组的最大平均温差在2℃以内。上述结果表明,本文所设计电池液冷系统冷却性能良好,能兼顾对电池最高温及单体电池温差的控制,能满足车辆冷却系统的设计要求。
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