动力锂离子电池组双介质耦合散热研究

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电动汽车电池组在为电动汽车提供动力时会产生大量的热,如果热不能被有效地排出,将会导致电池组温度的骤升和温差的加大,对电池的安全使用和循环寿命构成严重的威胁。因此对电动汽车电池组进行合理有效的散热设计,使电池组的温升和温差均得到有效的控制是十分必要的。为解决上述问题,本文研究使用双介质耦合散热方式对电池组进行散热。本文的主要工作和结论如下:(1)根据Bernardi等提出的电池生热速率模型和Chen Y.F等建立的圆柱形锂离子电池的热效应数学模型,利用Fluent软件对单体电池温度场进行仿真。将仿真结果与相关文献实验结果进行对比,验证了使用Fluent软件对单体电池进行温度场仿真的准确性和可行性。(2)利用Fluent软件分别对电池组在无散热、空气散热、液体散热、相变材料散热等条件下的温度场进行仿真。将电池组在有、无散热条件下的温度场仿真结果进行对比。结果表明:单独使用气体、液体、相变材料中的一种冷却介质对电池组进行散热,难以使不同倍率放电的电池组在散热和温差方面均取得满意的效果。(3)分别研究了不同冷却风速、冷却液速及不同比热容的相变材料对3C倍率放电的电池组散热效果和温差控制的影响。结果表明:对3C倍率放电的电池组进行散热时,冷却风速或冷却液速越大,电池组散热效果越好,同时温差也越小;采用高熔点(大于60℃)的相变材料进行散热时,相变材料的比热容越大,电池组散热效果越好。(4)设计了应用于电池组的液固耦合、气固耦合、气液耦合三种双介质耦合散热方式。利用Fluent软件分别对电池组在液固耦合、气固耦合、气液耦合散热方式下进行温度场仿真,并将仿真结果分别与单独使用其中一种冷却介质的仿真结果进行对比。结果表明:相比于单独使用其中一种冷却介质的散热方式,使用双介质耦合散热方式对电池组的温升和温差能起到更好的控制效果,比较而言,气液耦合散热方式综合效果最好。
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