【摘 要】
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在全球变暖和石油紧缺的国际形势下,新能源化是汽车行业发展的必然方向之一。电动汽车具有污染少、噪声小等不可取代的优点。动力电池是电动汽车发展的关键,体现汽车的整体性能。动力电池需要满足高密度、高能量、寿命长等要求,这让锂离子电池在汽车行业得到了广泛的使用。但是锂电池在充电以及长时间放电的过程中会产生大量的热,其工作性能以及寿命受工作温度影响较大。所以需要通过热管理系统将电池组的温度维持在最佳工作范围
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在全球变暖和石油紧缺的国际形势下,新能源化是汽车行业发展的必然方向之一。电动汽车具有污染少、噪声小等不可取代的优点。动力电池是电动汽车发展的关键,体现汽车的整体性能。动力电池需要满足高密度、高能量、寿命长等要求,这让锂离子电池在汽车行业得到了广泛的使用。但是锂电池在充电以及长时间放电的过程中会产生大量的热,其工作性能以及寿命受工作温度影响较大。所以需要通过热管理系统将电池组的温度维持在最佳工作范围内,避免温度过高引起的自燃等危险后果。目前对波浪形液冷管散热的研究较为匮乏,因此本文旨在以18650圆柱锂电池为实验研究对象,通过构建参数化CAE模型,对锂离子电池产热情况进行分析,并以此为基础设计一种基于波浪形冷却管的电池热管理系统,主要工作内容如下:（1）建立18650锂电池的电化学-热耦和仿真参数化模型,包括一维电化学和三维单体电池的生热模型。实现电化学、传热以及流体的多物理场耦合分析,并通过实验数据对标,对其有效性进行验证。并以此为基础,分析不同工况下电池组的生热情况。比较在只有强制对流散热的情况下,不同的放电倍率（1-6C）对电池组温升的影响,重点研究在低（1C）、中（3C）以及高（6C）三种放电倍率下电池组的生热情况;在不同空气流速（0.1m/s-1m/s）的情况下,电池组对流散热的效果。（2）提出了一种基于液冷管的电池热管理系统。探究了对流换热系数和冷却液种类对热管理系统温度的影响,由于风冷接触面较小,对流换热系数对电池整体散热并不敏感,选用20W/（m~2˙k）的自然对流作为参考并选用乙醇作为系统的冷却液。（3）建立热管理系统的近似模型。为提高效率,在优化前需要对热管理系统进行一定简化,并通过近似模型建立设计变量与目标函数的关系。为保证模型的准确性,本文采用了四种常用的近似模型,并对通过预测结果对精确度进行分析。以电池组最高温度TMAX以及最大温度差ΔTMAX为优化目标,选取电池的横纵向间距Hb和Vb、冷却管宽度Dp、以及冷却液流速Vin这四个对电池组温度分布情况影响较大的设计参数进行研究。（4）采用多目标粒子群优化算法对提出的热管理系统进行优化,得到一系列Pareto非劣解,选择最佳的设计方案。对比优化前后结果,优化后的电池热管理系统在高倍率放电条件下,仍能保证良好的冷却效果,在抑制最高温度上升的同时,内部温度均匀性也得到了提高。综上所述,本文基于有限元法建立圆柱锂离子电池的单体模型。提出并优化了一种基于波浪形冷却管冷却的热管理系统,以降低电池组的最高温度并改善温度分布的均匀性。本文给锂离子电池热管理系统的设计提供了一种新颖的设计方法和理论指导。
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