1.1.选题背景及意义

动力电池是电动汽车的重要组成部分,其性能优劣直接制约整车动力性、安全性和经济性。而动力电池之一的锂离子电池是镍氢电池等的升级换代,在续航里程和使用寿命等方面具有较强优势,为当前研发和产业化的重点。锂离子电池系统是具有复杂流动和传热过程的电化学动力源,温度是影响其性能的关键因素,主要体现于三方面：(1)温度升高,加剧电池容量衰退,过高的温度甚至造成热失控;(2)温度过低,电池功率、容量显著衰减,充放电效率下降;(3)电池组中不同电池之间温度差异,会导致单体内阻、容量的不一致性和不均速老化,形成整个电池系统性能与寿命短板。因此需通过设计合理的热管理系统结构、开发先进的热管理控制策略,使动力电池工作在适宜温度范围内,并有效控制单体间温差,从而提高动力电池性能。

1.2.研究的目的

本文旨在通过对特种电动车底盘进行热管理分析，以及进行流固耦合散热分析仿真模拟，通过分析和比较不同散热方案下散热效果变化规律，从而找出方案中的不足，提出更好的热管理方案。利用STAR-CCM 进行流固耦合数值仿真模拟，能够准确且快速地提出优化的方案，对电池热管理的研究工作和电池技术的发展具有意义。

1.3.国内外的研究现状分析

电池热管理包括高温散热与低温加热。常用的电池散热手段包括基于气体(空气)、液体、固体相变材料(PCM)和热管的电池散热技术。电池模组的低温加热手段主要包括基于流体或热敏电阻元件(PTC)的外部加热和基于电池自身产热内部加热方式。但是，锂离子电池的使用环境变化甚大，影响因素众多，仍需要对不同的电动车电池都进行具体热管理分析，提出适合的优化方案。

2014年，唐刚志等人先针对原缸盖局部温度偏高的问题提出3种改进方案，通过在高温区设置内冷风道，在风道内设置导流板，改变翅片尺寸和修改外筋板结构来强化缸盖的散热。运用流固耦合三维仿真技术对改进方案缸盖的散热进行对比分析。在流固耦合界面处，采用标准壁面函数法，它是一组半经验公式可简化运算。

2015年，Zhao等人采取冷端喷水提升电池散热效率,每两节电池之间布置一根平板微热管并向其表面以一定频率喷水,电池在2C持续放电工况下温升仅为4℃,3C放电工况温差小于2.5℃。

2016年，Putra等人发现工质散热效果与电池产热率密切相关,针对不同的热源发热量,采用不同工质才能发挥热管的大功效,当电池产热率大于1.61W/cm²时,采用乙醇做工质的换热效率高。

2016年，谢暴等人在设计中使用CFD技术进行发动机舱流场、温度场分析。其中标准κ-ε方程湍流模型是目前汽车绕流计算中应用最普遍的湍流模型，汽车发动机舱内流场一般可以视为定常、三维不可压缩流场,因此可假设其流动过程为稳态湍流。将流体视为由连续分布的无数流体微团构成,其满足连续性方程、N-S方程及能量守恒方程。提出了改进方案，仿真与实验差值在10%以内。