论文部分内容阅读
锂离子电池由于具有高电压、高放电电流、高能量密度和绿色环保等优势,被广泛地应用于电动汽车等动力设备。锂离子电池在充放电过程中会产生大量的热,热量的集聚导致电池温度急骤升高,如果不能及时的将热量散开,会导致电池的充放电性能、寿命和安全性能降低。安全性一直是消费者最为关心的,该性能的好坏与消费者的财产生命安全息息相关。由此可见在锂离子电池设计生产使用过程中,电池组的散热非常重要。研究单体电池和电池组温度场分布情况,进一步找出其影响因素,从而提高动力锂离子电池热安全性能,对提高电动汽车等动力设备的主动安全性具有非常重要的工程价值。本文在广东省引进创新科研团队专项资金(2011N071)—先进储能设备的开发项目的支持下,采用实验和计算流体动力学技术(CFD)相结合,展开对单体软包电池、动力电池组模块的产热与散热分析,在此基础上,对某空调电池箱散热方案的设计与优化进行深入研究。首先,建立锂离子单层电极单元的二维模型,计算电池在工作过程中电极上电场分布规律。计算结果表明,电流主要集中分布在极耳引出端附近。其次,利用实验方法,测量软包电池的部分物性参数,建立软包电池的产热模型。进一步采用CFD技术对单体软包电池进行数值模拟,并利用实验采集软包电池表面温度,验证模型的可靠性。分别以电流为10A和60A对软包电池进行放电模拟,当电池荷电状态(SOC)从1至0的整个放电过程中,10A放电电池表面5个可靠监控点表明模型最大误差不超过0.5℃,60A放电电池表面4个可靠监控点表明模型最大误差不超过2℃。再次,借助于软包电池的产热模型,研究电池单体模块外壳材料、厚度及散热面等对电池模块散热性能的影响。研究表明,材料为钢厚度在2mm左右的电池外壳散热性能较好。此外,针对电池模块后盖对电池组通风散热性能的影响进行研究,结果表明,在电池后盖的设计过程中,将其与电池底部接触面去掉有利于提高电池组的散热性能。最后,以某空调电池箱通风散热开发为例,考虑电池箱内电池组与空气流场的耦合模型,初步提出三种电池箱通风散热方案,对电池箱内电池组进行放电数值模拟。对比分析三个方案电池组温度场,发现方案三的综合散热性能较好。因此,选取方案三进行改进,从而达到控制箱内电池组最高温度和温度分布均匀性的目的。对改进后的电池箱以200A进行放电,在整个放电过程中,电池组最高温度为47.38℃,电池间最大温差略低于5℃。研究结果表明,优化后的方案三在通风散热和电池组温度均匀性方面均达到要求。