新能源汽車(chē)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)

1、新能源汽車(chē)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)內(nèi) 容1. 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究的意義及現(xiàn)狀3. 單體電池研究基礎(chǔ)2. 電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)1.電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究的意義及現(xiàn)狀 動(dòng)力電池的成本、性能、壽命在很大程度上決定了HEV的成本和可靠性； 電池的溫度和溫度場(chǎng)的均勻性對(duì)蓄電池的性能和壽命有很大的影響。 因此：進(jìn)行電池散熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與散熱性能的預(yù)測(cè)，對(duì)提高混合動(dòng)力汽車(chē)及動(dòng)力電池的成熟度和可靠性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究的意義及現(xiàn)狀 美國(guó)NREL與開(kāi)發(fā)商、制造商、DOE以及USABC合作，一直在進(jìn)行蓄電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究，在世界此方面的研究中處于領(lǐng)先水平。1.電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究的意義及現(xiàn)狀我國(guó)春蘭、

2、長(zhǎng)安、重慶大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)在國(guó)家863等專(zhuān)項(xiàng)的支持下，開(kāi)展了電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 熱管理系統(tǒng)原始方案整車(chē)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證u 原始模型的CFD仿真分析u A樣電池包優(yōu)化方案u B樣電池包優(yōu)化方案2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 熱管理系統(tǒng)原始方案整車(chē)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 試驗(yàn)在長(zhǎng)安公司試驗(yàn)環(huán)境艙中進(jìn)行，按雙方設(shè)定循環(huán)工況試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電池組溫度分布嚴(yán)重不均衡。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 原始模型的CFD仿真分析 在極限工況發(fā)熱功率為1750W時(shí) ，最高溫度和最低溫度溫差約33

3、，變工況最大溫差為17.2，遠(yuǎn)大于溫差在5內(nèi)的要求。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u A樣電池包優(yōu)化方案一（改變傾斜角度和電池的間距） 取上下層電池傾斜角度為3.5度，兩排電池的距離為30mm；極限工況最大溫差為9.5 ;變工況的溫差為14.3一個(gè)循環(huán)的時(shí)間(s)24個(gè)電池模塊的溫度（K)0100200300400500600300310320330340350360370第11組電池第21組電池第1-24組電池溫升情況2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u A樣電池包優(yōu)化方案二（電池位置不動(dòng)，添加擋板） 電池的位置不動(dòng)，通過(guò)增加圓弧形的導(dǎo)

4、流板、長(zhǎng)條形的引流板以及菱形的引流板，減少了前部電池的熱交換面積，為后部電池增加了冷卻風(fēng)量，極限工況溫差11.6。變工況溫差5.83。 1121324一個(gè)循環(huán)的時(shí)間(s)24個(gè) 電 池 模 塊 的 溫 度 （ K)0100200300400500600300310320330340350360第18組電池第9組電池第1-24組電池升溫情況2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u A樣電池包優(yōu)化方案三（給電池包熱阻）一 個(gè) 循 環(huán) 的 時(shí) 間 （ s）24個(gè) 電 池 模 塊 的 溫 度 （ K ）第 8組 電 池第 13組 電 池第 1-24組 電 池 升 溫 情 況010

5、0200300400500600300305310315320325330335340345350 通過(guò)在電池表面增加不同厚度熱阻，改變了電池和空氣換熱熱阻，電池組的溫度均勻性有了很大的改善。在極限工況溫差5.7，變工況溫差2.83。長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u B樣電池包優(yōu)化方案2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)0306090120150180210240270300050100150200250300350400流 量壓差 風(fēng) 機(jī) 特 性 曲 線(xiàn)系 統(tǒng) 管 路 特 性 曲 線(xiàn) 通過(guò)在不同壓差下仿真分析，得出管路特性曲線(xiàn)，然后與風(fēng)機(jī)特性曲線(xiàn)求交點(diǎn)，以確定風(fēng)機(jī)的工作點(diǎn)。長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)

6、01002003004005006007008009001000-35-25-15-551525354555時(shí) 間 （ s）充放電電流（A）城 市 模 擬 堵 車(chē) 工 況 充 放 電 電 流 圖 城 市 模 擬 堵 車(chē) 工 況01002003004005006007008009001000 1100-40-25-1052035506580時(shí) 間 （ s）充放電電流（A）6%爬 坡 工 況 充 放 電 電 流 圖 6%爬 坡 工 況0100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400-50-30-101030507090時(shí) 間

7、 （ s）充放電電流（A）急 加 速 急 減 速 工 況 充 放 電 電 流 （ 二 ） 圖 急 加 速 急 減 速 工 況 （ 二 ） 正在以上述電流數(shù)值為邊界條件進(jìn)行瞬態(tài)仿真分析。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 中混原始模型的CFD仿真分析u 中混優(yōu)化方案一CFD分析結(jié)果u 中混優(yōu)化方案二CFD分析結(jié)果u 中混外圍冷卻系統(tǒng)CFD仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證u 中混圓形電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)整車(chē)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證u 中混圓形電池瞬態(tài)仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證u 強(qiáng)混項(xiàng)目簡(jiǎn)介2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 原始模型的CFD仿真分析 CFD分析時(shí)取入口空氣的初始溫度3

8、5，電池發(fā)熱功率為650W,入口空氣流量為140m3/h。仿真結(jié)果為：最高溫度76.08，最低溫度51.48，溫差為24.6，出口空氣溫度49.5。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 優(yōu)化方案一CFD分析結(jié)果 CFD分析時(shí)取入口空氣的初始溫度35，電池發(fā)熱功率為650W,入口空氣流量為140m3/h。仿真結(jié)果為：最高溫度60.03，最低溫度50.85，溫差為9.5。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 優(yōu)化方案二CFD分析結(jié)果 CFD分析時(shí)取入口空氣的初始溫度35，電池發(fā)熱功率為650W,入口空氣流量為140m3/h。仿真結(jié)果為：電池殼體表

9、面最高溫度53.457，最低溫度49.423，溫差為4.03。進(jìn)出口壓力損失為142.2Pa，出口空氣溫度為46.12。各單個(gè)模塊的不均勻性，除了進(jìn)風(fēng)口第一排的三個(gè)電池迎風(fēng)面和背風(fēng)面的溫差在6，其他各模塊的均勻性均在5以?xún)?nèi)。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 外圍冷卻系統(tǒng)CFD仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 DC/DC內(nèi)部半導(dǎo)體元器件溫度上限為75度，IPU溫度上限為85度，計(jì)算結(jié)果所得到的DC/DC溫度值已經(jīng)超過(guò)了上限。 優(yōu)化方案的CFD分析結(jié)果中IPU和DC/DC評(píng)估點(diǎn)處的溫度分別為65.4和67.7，低于許用溫度值，滿(mǎn)足散熱性能要求 由CFD仿真及實(shí)驗(yàn)可以看出，此方案設(shè)計(jì)

10、合理。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 圓形電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)整車(chē)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 對(duì)CV8圓形電池進(jìn)行了五種工況的實(shí)驗(yàn)，分別是： 6%爬坡、10%爬坡、城市堵車(chē)、高速、急加速急減速。 數(shù)據(jù)處理時(shí)溫度已補(bǔ)償，均取各個(gè)工況的溫度和溫差來(lái)比較，經(jīng)驗(yàn)證CV8圓形電池優(yōu)化方案二滿(mǎn)足要求。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)u中混圓形電池瞬態(tài)仿真分析及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē) 電池模塊最高溫度不超過(guò)48，模塊間最大溫差不超過(guò)3，散熱強(qiáng)度和散熱均衡性良好。表明電池組在生、散熱方面滿(mǎn)足了混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)對(duì)動(dòng)力電池的使用要求。長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 強(qiáng)混項(xiàng)目簡(jiǎn)介 先對(duì)電池包進(jìn)行流

11、場(chǎng)分析，確定DC/DC、上下層電池組的流量分配，為下一步溫度場(chǎng)分析打下基礎(chǔ)。 由于此項(xiàng)目將于年底驗(yàn)收，故分析結(jié)果及優(yōu)化結(jié)構(gòu)不能給出。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 原始方案CFD仿真分析u 優(yōu)化方案一u 優(yōu)化方案二u 優(yōu)化方案三2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 原始方案CFD仿真分析 取進(jìn)口流量1400m3/h, I=150A，則發(fā)熱功率為16.28KW。由仿真結(jié)果可以看出，此結(jié)構(gòu)的最高溫度達(dá)115，最大溫差達(dá)30，電池組溫度分布嚴(yán)重不均勻。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 優(yōu)化方案一 取進(jìn)口流量1200m3/h, I=150A，則發(fā)熱功率為16.28KW。由仿真結(jié)果可以看出，最高溫度已降到105，最大溫差為15。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 優(yōu)化方案二出風(fēng)出風(fēng)進(jìn)風(fēng) 取總進(jìn)口流量3200m3/h, I=100A，則時(shí)發(fā)熱功率為7.255KW。進(jìn)風(fēng)口處電池溫度高達(dá)65 ，出風(fēng)口處溫度為39 ，前后溫差較大。2. 重大前期電池?zé)峁芾硌芯抗ぷ骰A(chǔ)長(zhǎng)安杰勛長(zhǎng)安志翔恒通客車(chē)u 優(yōu)化方案三出風(fēng)口出風(fēng)口進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)口出風(fēng)口出風(fēng)口出風(fēng)口出風(fēng)口 取總進(jìn)口流量