电池组散热结构优化探析

2019-11-13 08:40孙建
科技创新导报 2019年17期
关键词:散热电动汽车

孙建

摘   要:随着环境的污染以及能源紧缺等问题的不断加剧,电动汽车的发展,凭借零排放与低能耗得到社会与政府部门的大力支持。但是动力电池作为电动汽车的关键部件,其温度会对电池性能及安全有着直接的影响。因此,本文就电动汽车锂离子电池组散热结构优化进行分析,具体到风冷散热系统的设计,可以满足其结构优化的要求。希望通过本文对电动汽车锂离子电池组散热结构优化的有效分析,能够对今后研究锂离子电池的散热能力有一定的帮助作用,利用结构的优化,满足电动汽车的可持续发展。

关键词:电动汽车  锂离子电池组  散热

中图分类号:U469.72                              文献标识码:A                        文章编号:1674-098X(2019)06(b)-0092-02

作为电动汽车的能量源,锂离子电池组本身的平均输出电压高和能量密度大等优点,从而在电动汽车领域之中得到广泛的应用。但是考虑到在充放电过程中,电池组的大电流、恶劣环境、空间结构等导致温度分布不均匀、温升急剧较高,造成电池组寿命降低和性能衰减,为了减少电池组内部温度不均匀性以保证在最佳环境温度下工作,需开发出更为合理地散热结构。

1  电池散热理论

所谓电池散热,实际上就是在工作时,将电池产生的热量直接传递到相邻的介质中去,或者是基于相邻介质直接传递到不相邻介质或者是外界环境当中去。其电池散热好坏会对电池内部温度场分布产生直接的影响,当电池散热性能优时,保证其电池温度升高不会超过其正常工作的温度上限;散热保证电池组内部温度相对均匀。所以,电池组热管理系统不仅可以更快的传递电池热量,同时也能够有效解决电池组热均匀性问题[1]。

2  锂离子电池组风冷散热系统分析

锂离子电池组散热系统分析,本章节主要是以风冷散热系统之中的电池间距布置形式来进行阐述,以达到其合理散热結构的优化设计要求。

2.1 锂离子电池组风冷散热系统设计

对于选定的单体电池,基于内阻从小到大的顺序来进行编号。对于各个电池之间,利用串联的方式将其连接,并且实现均匀的安装,电池之间的间距为6mm。之后,在电池箱中实现电池连同支架一并来进行安装,其整体的结构为230mm×73mm×175mm,其箱板的厚度为2mm。201系列不锈钢材料的电池箱体和支架。

2.2 电池组风冷散热结构优化设计——基于电池间距布置形式的影响

基于仿真分析,针对电池组风冷散热结构的优化进行设计。通过具体的分析,电池利用等间距的布置,其贴近于空气进出口一侧的空气流道中的空气流量偏多,空气本身的流速较大。但是因为热阻和流阻的影响,这样就会导致远离空气进出口一侧的空气流道内流速逐渐的降低。这样就可能导致远离空气进出口一侧电池最高温度偏高,出现较大的温差。为了能够提升电池组本身的温度均匀性,针对电池组的风浪散热结构就应该进行合理的优化设计,这样才能够分析强制风冷散热下的电池组温度场以及对应的流场变化情况。在针对电池组风冷散热效果的结构因素分析中,基于电池间距的布置形式为主,基于单因素变量分析法,获取其单因素的变量值,然后利用对应的设计,这样就可以满足优化的具体要求。

在研究电池间距大小对于流速、电池温度与温差带来的影响,基于进风角度与出风角度不变的前提下,也就是要求进风区末端的尺寸A为20mm,出风区B为20mm,其公差值C选择0mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm,并且建立对应的仿真模型。在分析之中以公差值0.5mm为例,在具体的空气流道中,其实际的间距选取8.5mm、8mm、7.5mm、7mm、6.5mm、6mm、5.5mm、5mm、4.5mm、4mm、3.5mm。针对不同公差值的电池间距模型,获取温度场云图。不难看出,公差值的增大,其电池组的最高温度在实际区域中的变化趋势和出风口角度产生的影响趋势是相同的,其最高的温度位置则是从远离进出风口的电池逐渐朝着贴近于出风口电池出现转移。在确定0.5mm的公差值C的时候,其电池组本身的温度场分布是最为均匀的,其空气流速对应的变化见图1所示。随着C的增大,在1-5号流动中,其间距在不断的变大,会持续的增加流入的空气流量;6-11号流动中,其电池间距则会逐渐的减小,从而降低空气流速。并且在这一数值下,因为各个流道的流速能够保持良好的均匀性,其具体的平均流速为1.02m/s[2]。

针对公差值C和电池组最高温度的关系曲线。其电池组的强制风冷散热效果不会随着公差值C呈现出线性的变化。在选择0.5mm这一个数值中,其最高温度和温差都能够处于一个相对较小的数值,其最高温度——34.70℃(307.85K),而温差4.69℃(4.69K),保证了电池组不会过温及温度分布的均匀性。

基于单因素变化来进行仿真研究其电池间距布置形式对于风冷散热效果的影响。经过其结果表明局域电池间距布置形式,保证到电池之间的流道空气流量可以实现更加均匀的分配,这样就可以将电池组的风冷散热效果提上去[3]。

3  结语

总而言之,对于电动汽车锂子电池组散热结构分析,并提出改善电池组散热效果的优化措施,并对优化模型进仿真分析,使得电池组温度场均匀性得以提高,进一步保证到电池组使用寿命及性能,提高电动汽车的整车性,可靠性和安全性。本文用到动力电池组结构是基于原有车体结构基础上,优化散热结构调整电池间距,运用仿真技术对于锂离子电池组散热秕进模拟,结果表明优化措施能较好的提高电池组温度场分布均匀性,确保在电动汽在行驶过程中锂子电池组具有高效的使用热性能。

参考文献

[1] 赵韩,方雄灿.电动汽车锂离子动力电池组温度场仿真及散热结构优化[J].合肥工业大学学报:自然科学版,2018(3):289-293.

[2] 张良.纯电动汽车锂离子电池的热分析及散热结构设计[D].江苏大学,2017.

[3] 陈伟.动力锂离子电池组双介质耦合散热研究[D].长安大学,2017.

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