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智能车测试目标车电池组设计及散热分析文献综述

 2020-04-15 16:48:45  

1.目的及意义
1.1目的及意义

随着能源与环境问题日益严重,电动汽车作为环保节能汽车得到了飞速发展,而动力电池组是电动汽车的动力源,是核心部件,不仅需要良好的结构设计,也需要严格的温度控制,因为温度异常会对电池组的性能、寿命产生巨大影响,甚至导致热失控等安全问题,所以对电池组进行散热性能分析具有高研究价值。同时,电池组使用时需要将电池并联到一定的容量等级以满足电压、功率的需求,电池组一般由几十至上面个单体电池串联或先并联后串联组成,电池串联成组时,电池组最大可用容量由单体电池容量及其荷电状态SOC共同决定,单体电压的不一致性会导致部分单体电池的过充或过放;电池并联成组时,支路电池内阻、SOC、容量差异会造成并联支路的电流不平衡。因此电池组的性能不是电池单体性能的简单叠加,这就需要良好的串并联方案设计与装配设计,有助于提高电池组使用效率甚至延长使用寿命。并且电池组的机械结构需要满足空间要求,在要求的的空间内能够放下电池组才能达到现实需求,故需要合理的机械结构设计,充分节省空间。

1.2国内外研究现状

1.2.1电池组散热分析方面

闵德平[1]对圆柱电池成组和液体换热结构进行了研究分析,设计了柱状电池软接触面传热强化结构和非内液体流动高导热围绕结构;针对片状电池设计了扁管束层叠结构和非内液体传热结构。

彭影[2]等人利用Fluent软件对磷酸铁锂电池散热性能进行了仿真分析。主要讨论了在环境风冷却、空调风冷却以及导热油对流冷却条件下动力电池的散热特性,并对影响电池冷却效果的因素(包括空气对流温度、空气对流速度和电池的放电倍率)进行了详细讨论。

胡明辉[3]等为了研究10列6排电池组空气散热冷却方式的温度分布梯度,搭建测试试验台测量电池组温度场。在电池组课题的上侧面有3个进风口,相应的下侧面位置装有3个排气风扇,对电池组进行恒流放电实验。结果表明:电池组温度中间偏高,随着放电电流的增加,电池组温升变化较大,温度场分布不均匀程度增加,改进后的电池散热系统的电池温度基本保持在36℃左右,电池模块间的温度一致性较好。

焦洪杰[4]等对并联式电动汽车自然通风散热系统,水平两排布置了24个电池模块,冷却空气从下方进入电池组使气流平行通过各个电池模块上方排出。设置引流板于电池模块中间上部,防止模块间隙流出的气体通过绕流进入前一模块间隙,并对其进行放电实验:在18A和40A的放电电流下电池最高温度分别为32℃和44℃,基本达到电池散热性能的要求。

段瑶娟[5]等人建立了锰酸锂电池箱体的二维热模型,并且把计算得到的电池单体生热速率作为电池组的热源输入,应用CFD软件模拟并求解得到了在强迫风冷条件下该电池组的温度场云图和空气流场分布云图。另外,研究人员又设置了实验不走,应用温度传感器、充放电仪器、恒温箱等设备测量了电池箱内每个锰酸锂电池单体的温度。通过模拟结果和测验结果对比分析得,模拟和测验得到的电池温升值误差很小,与实际测验数据基本符合。此种方法可以用来分析电池箱体内部的温升情况和温度分布状况,并且也可根据其温度分布初步设计出相应的电池箱体散热结构。

X.M.Xu,R.He[6]等人对容量为55Ah的锂离子电池包冷却系统进行了详细的研究,主要讨论了在强制风冷情况下,不同的气流通道模式对电池散热性能的影响。在该研究中,横向电池包的冷却风流通路径较短,其冷却效果优于纵向电池包,增加底部风道则进一步改善了电池组的冷却效果,相比于底部双1型通道模式,双U型通道模式可以满足高倍率充放电条件下动力电池的散热性能。

Regan Dixon[7]等人研究了基于混合动力车HEV的锂电池冷却策略,重点研究了锂电池的整体温度一致性,电池单体温度一致性以及电池组的冷却效率。利用实验数据建立基于简化电池模型的电池热模型,并利用拉丁超立方法对影响电池冷却效率的因素进行了讨论。

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