鋰離子電池組溫度場模擬與試驗研究.pdf

1、鋰離子電池因其電壓高、比能量高、循環(huán)性好、無記憶效應、無污染等優(yōu)點，在電動汽車領域引起了廣泛關注。鋰離子電池在充放電過程中會產生大量熱，散熱不及時或不當時，就會造成電池組局部溫度過高，溫度分布不均勻，嚴重影響電池的容量、倍率性能、使用壽命、穩(wěn)定性等性能，甚至會引發(fā)安全事故。所以，對鋰離子電池組的溫度場進行熱管理，控制電池組的最高溫度，并盡可能的保持電池組各電池之間溫度的一致性，以保證電池組在安全溫度范圍內工作。
　　本文采用有限元

2、分析、仿真計算和試驗相結合的研究方法，對不同排布方式的鋰離子電池組在不同倍率充放電過程中的溫度場進行模擬和試驗研究。在此基礎上，對電池組散熱方案的設計與優(yōu)化進行探討。主要研究內容如下:
　　1.研究鋰離子電池在充放電過程中的生熱原理和傳熱機理，建立電池的導熱微分方程和適用于圓柱形電池的柱坐標系熱模型。
　　2.通過對單體18650鋰離子電池進行溫度場相關試驗，研究不同充放電倍率下鋰離子電池不同位置的溫度變化。結果顯示，單體電

3、池中間部位的溫度最高，正極端處溫度略高于負極端處。單電池不同位置各點溫度隨著放電倍率增大升高，而且電池不同位置的溫度差變大。另一方面，利用ANSYS有限元軟件建立單體電池模型、劃分網格，進行溫度場仿真模擬，結果表明仿真模擬結果和試驗結果一致，電池不同位置的模擬溫度與試驗測定溫度誤差在3％以下，驗證了本文所采用的電池仿真模型和電池熱參數的準確性和可靠性。
　　3.根據電池組的構成和要求，將100節(jié)電池并聯組成電池組模塊，設計了并排、

4、錯排和層疊三種不同方式對電池組進行排布。使用ANSYS軟件分別對三種電池組在不同放電倍率下的溫度場分布進行研究分析。仿真模擬結果表明，采用并排排布方式的電池組溫升最低，且電池組內不同位置電池之間溫差最小。模擬結果分析認為，電池組采用并排排布方式更優(yōu)。
　　4.為了改善電池組在高倍率放電過程中的局部溫度過高和溫度分布不均等問題，論文分別采用串行通風和并行通風兩種通風方式對并排電池組進行冷卻散熱。使用Fluent軟件分別模擬了兩種不同

5、通風方式下電池組在不同放電倍率的溫升變化和電池組內各部位電池之間的溫差情況。仿真模擬結果表明，并行通風電池組溫升更低，且溫度分布更加均勻。
　　5.使用Fluent軟件對不同風速、不同冷風進口溫度以及不同散熱介質對電池組溫度場特性的影響進一步仿真模擬分析。在低倍率放電電流下，通過提高空氣流速能夠有效改善電池組的溫升和溫度分布均勻性，滿足電池組散熱需求;在高倍率(5C)放電電流下，需要提高空氣流速的同時，降低進口空氣溫度才可以對電池