纯电动电池系统的热仿真分析与实验研究刘海罗.docx

    纯电动电池系统的热仿真分析与实验研究刘海罗    摘要：动力电池的冷却性能直接影响电池的工作效率，同时也会影响电池的寿命和使用安全本文介绍一种电池箱液冷设计方案，基于Fluent软件建立电池系统的热仿真模型，并通过夏季高温实验工况验证，与仿真结果有较高的一致性，进一步验证了该仿真模型的合理性关键词：Fluent；电池系统；热仿真1引言随着社会环境压力的增加和节能减排的可持续性发展需求，开发纯电动节能汽车已是大势所趋，在纯电动汽车中动力电池系统是汽车的主要能量来源，然而电池系统在充放电过程中本身会产生一定热量，从而导致温度上升，而温度升高会影响电池的众多特性参数，如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率和电池寿命因此，做好电池箱的热管理设计使电池在可靠的温度范围内工作，对电池的性能、寿命，提高整车性能和降低整车成本都有着至关重要的作用2电池系统有限元模型利用三维软件CreoParametric3.0对电池箱进行建模，由于系统结构复杂，网格划分难度大，为了便于计算忽略发热量相对较小的零部件，删除系统中的圆倒角，仿真的过程中由于是在绝热的环境中进行分析，所以忽略箱体盖对仿真的影响，因此整个动力电池冷却系统需要考虑的零部件包括：电池箱侧壁和模组底部的热管理系统，电池与热管理系统连接的导热胶和隔热材料，用直径12mm的橡胶管连接箱体两侧的水道形成完整回路。

系统采用多面体网格划分方式，划分后模型网格总数为696852，内部水流模型设置边界层为2，网格质量为0.86，网格划分及名称分布如图1所示：本文采用skewness的评价方法，在网格划分中绝大部分的单元为优质单元，只有少量的劣质单元，在计算时不会影响计算结果的精度和可靠性图1电池系统的有限元模型及命名3边界条件的定义流体模型设置三维定常不可压缩模型，打开能量方程冷却液流过箱体侧壁，利用热管的高导热性将电池在充放电过程中产生的热量带走此系统为1P50S，单体容量为202Ah，设置入水口流量分别为10L/min、充电时入水口水温为10℃，放电时入水口水温为20℃，进行夏季高温的仿真分析工况为：电池初始温度40℃，0.33C放电至40%SOC；静置10min；1C充电至100%SOC；静置10min；循环以上工况两次；0.33C放电至15%SOC；静置10min；1C充电至100%SOC一天完整的公交车运行工况，分析电池系统的温升情况，保证电池系统在合理的温度范围内工作，各材料属性如表1所示：表1各材料属性4仿真结果仿真分析了公交车一天的运行工况，电池的热分布云图如图2所示，电池的最高温度为36.72℃，且电池的温升曲线如图3所示；从图2和图3可以看出，整个工况运行中可以将电池的最高温度控制在40℃之内，使电池系统在最佳的20℃~45℃范围内工作，可以有效保证电池的充放电效率、使用寿命和使用安全。

图2电池组温度云图图3电池组最高温度温升曲线5实验验证上述通过对电池系统高温工况的热仿真分析，可以显示电池系统可以在最佳的工作范围内工作，说明液冷系统设计的可行性，同时将电池箱系统放进温箱中设置40℃，并依据夏季高温工况对电池系统进行充放电实验，验证仿真分析的可行性，仿真与实验的温升曲线如图4所示，仿真温度与实验温度及两者误差如表1所示：从以上数据可知，一天完整的夏季高温工况仿真与实验的平均误差为8.64%误差在可接受的范围内，可以为纯电动车电池系统的高温工况提供理论依据6结论本文基于Fluent流体分析软件对纯电动公交车电池系统进行了温度场的仿真，直观的表现出电池组的温度分布，方便对热管理系统进行优化通过仿真和实验相比较，验证了该热管理系统的可行性，满足电池系统可在最佳的温度范围内工作参考文献：[1]李涛.纯电动汽车锂离子电池热效应及电池组散热结构[D].重庆大学.2013.[2]李腾.林成涛.陈全世.锂离子电池热模型研究进展[J].电源技术.2009.33（10）：927-932.[3]车杜兰.电动汽车锂离子电池包热特性研究与优化[D].武汉理工大学汽车学院.20099刘海罗，男，汉族，天津市，工学硕士，工作单位：力神动力电池股份有限公司。

从事动力电池系统热管理研究史晓妍，男，汉族，天津市，工学硕士，工作单位：力神动力电池股份有限公司从事动力电池系统热管理研究王楠，男，汉族，天津市，结构工程师，工作单位：力神动力电池股份有限公司王晓龙，男，汉族，天津市，测试工程师，工作单位：力神动力电池股份有限公司  -全文完-。