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原文传递车用动力电池组热效应分析及散热预热模组优化研究

论文题名：	车用动力电池组热效应分析及散热预热模组优化研究
关键词：	新能源汽车;动力电池组;热效应;液冷冷却;风冷冷却;预热策略
摘要：	锂离子电池因其优秀的使用性能而被广泛地用于新能源汽车的动力电池包部分，新能源汽车在行驶过程或充放电过程中，锂电池会放出大量的热，电池包的温度会持续上升，若这部分热量无法及时排掉而导致电池组温度高于锂电池工作所允许的最大温度,电池组就有燃烧的风险，进而危及到乘车人的安全。同时，当新能源汽车处于低温环境下时，电池电极内的石墨嵌入能力下降，电池的使用性能不能够得到充分使用，此时若进行大电流充电很可能出现热失控甚至安全事故。因此，对车用锂电池组进行热失控管理，研究其在高温时的冷却方案和低温时的预热方案对新能源汽车和乘车人人身安全都具有极重要的理论意义和实践价值。本文设计的热失控冷却方案和预热方案，主要针对以下几方面的技术问题进行深入研究探讨: 　　(1)对当前国内外的研究学者们在冷却方案比较、影响冷却效果的因素及预热方案选择等方面的研究成果进行分析，确定本文研究所采用的主要方法及关键技术。比较几种常见的车用电池的优缺点，选择本文所研究的方形磷酸铁锂电池，并根据方形磷酸铁锂电池的工作原理、生热原理和热特性等特点，确定方形磷酸铁锂电池的最佳工作温度区间。　　(2)本文针对仅采用冷却底板进行液冷冷却而造成冷却效果不佳的问题，在冷却底板的基础上，增加了2个立式冷却板，研究该组合冷却结构在不同条件下对电池组放电生热的冷却效果。采用该冷却模型结构的电池组的最大温度情况和温度分布情况都得到了很好的控制，并且可以采用同样的冷却模型结构，进行低温环境温度条件下电池组的预热，具有控制简单和无需额外成本等特点。　　(3)进行电池的冷却方案设计，针对高放电倍率下风冷冷却无法提供有效的冷却效果这一问题，设计七种液冷冷却方案，使用Starccm+仿真软件，对其在不同条件下的液冷冷却性能进行分析研究。研究后发现,采用2个立式冷却板(均内含4条冷却通道)加1个冷却底板(内含2条冷却通道)的冷却方案的冷却性能最优。最后对该方案进行了响应面分析，分析后得知，当冷却管道直径为7.5mm,冷却液温度为10.888℃,材料的导热系数为4.956W/(m·K)时，温度均衡度最高，值为97.512％。　　(4)针对低温情况下，电池组需经过预热才可以正常使用的问题，设计预热方案,采用七种液冷冷却方案中具有最佳冷却性能的方案模型结构，研究该模型在不同预热液作用下和不同低温环境温度下的预热性能。在此基础上，改进预热策略，并比较不同预热液出入口顺序情况下该方案的预热效果，研究后发现，先令具有一定温度的预热液经预热管道流经电池组部分一段时间后，再令电池组放电直至电池组温度达到工作温度区间的方案预热性能最佳。且立式板内采用U型管道作为预热管道时，预热性能会提高。最后对该预热方案进行了响应面分析，当预热管道直径为8.054mm,预热液温度为32.394℃,材料的导热系数为4.976W/(m?K)时，温度均衡度最高，值为96.061％。
作者：	赵跃民
专业：	车辆工程
导师：	周淑文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2021