一种纯电动轿车电池组冷却系统设计及仿真究
某车用锂离子动力电池组冷却系统仿真及优化
某车用锂离子动力电池组冷却系统仿真及优化徐志龙;朱晓琼;田玉冬;吴旭陵;余万【摘要】本文研究了纯电动汽车在90 km/h匀速行驶条件下锂离子电池组的温度分布,以及基于实验结果的冷却系统的实验温度分布和优化.首先,利用能量守恒定律和傅立叶导热定律,建立了电池组传热过程的简化数学模型,并利用FLUENT将其转化为有限元模型;其次,建立边界条件和负载条件,求解有限元模型,预测温度分布;再次,在电池模组水平进行热管理台架试验,得到真实的温度分布数据,与仿真结果具有较高的一致性,并根据试验数据对仿真模型进行了进一步标定,提高了有限元模型的精度;最后,经过仿真,对冷却系统进行了优化设计,以达到设计目标.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(040)006【总页数】5页(P79-83)【关键词】热管理实验;冷却系统;锂离子电池组【作者】徐志龙;朱晓琼;田玉冬;吴旭陵;余万【作者单位】上海理工大学机械工程学院,上海 200093;上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心,上海200940;上海理工大学机械工程学院,上海 200093;上海汽车集团股份有限公司商用车技术中心,上海200940;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TM911;U463动力电池是电动汽车的心脏，是电动汽车的动力之源[1-2]．随着国家相关政策对电动汽车续航里程、安全性能和电池能量密度要求的提升，对电动汽车的热管理技术提出了越来越严峻的挑战[3-4]．常用的动力电池散热方式有空气冷却，液体冷却，制冷剂直接冷却以及相变材料冷却等．空气冷却结构简单，成本低，但散热性能较差；液体冷却技术成熟，冷却效果较好，目前应用广泛；直接冷却效果较好，但制冷剂分配较难，目前应用较少；相变材料冷却成本较高，目前应用尚不普及[5-8]．本文采用液体冷却方式．以某电芯厂生产的动力电池模组为研究对象，通过仿真分析了水平路面90 km/h 匀速工况下电池的发热量以及温度场的分布，并结合试验研究了电池测试过程中的温感布置方式和实测电芯温度，并基于实验结果，对电池冷却系统进行了优化，改善了散热效果，加快了此种型号电池箱市场化的进程．1 电池箱结构及其模型建立1.1 电池箱体结构研究对象为某公司生产的三元锂离子电池，电池箱体为L型，下箱体内采用集成式液冷板，其上安装4个模组，如图1所示．电池成组相关参数见表1．图1 锂离子电池箱结构示意图表1 某车用锂离子电池箱技术参数模组数量电芯数量单电芯电压/V成组方式额定电压/V额定电量/Ah箱体材质4个96个3.72P96S35526铸铝每个模组都由多层材料组成，依次为导热硅胶垫、电芯、框架泡棉、电芯、导热硅胶垫、铝制导热片．其中框架泡棉主要起固定和缓冲作用，铝导热片主要用于增强模组的纵向导热能力，导热硅胶垫用于使电芯和铝导热片紧密接触．1.2 电池组的能量平衡由傅里叶定律和能量守恒，可得出电池的三维非稳态导热微分方程为[9]：(1)式中，ρ为密度，τ为时间，c为比热容，Φ为内热源强度，x、y、z分别为x、y、z三个方向的热导率．对于动力电池而言，其内热源的生成热的大小是求解温度场分布的关键．锂离子电池的最佳工作温度为20～45℃，电池内部的产热量主要包括：焦耳热Qj、极化热Qp、反应热Qr和副反应热Qs[10]，即Q=Qj+Qp+Qr+Qs (2)由于锂离子电池只有在过充或过放的情况下才会发生副反应，在实际工作过程中会避免此种现象的发生，因此Qs可以忽略不计[11]．电池内部的焦耳热是电池产热的主要来源，由焦耳定律可得：Qj=I2Re (3)式中，I为充放电过程中的电流大小(A)；Re为电池的内阻(Ω)．锂离子电池在反应过程中会伴随着锂离子的移动，在此过程中会产生(放电)或吸收(充电)大量的热量，Qr可以通过式(4)计算：(4)式中，N表示电池数量；I为当前工况下的电流(A)；m为电极质量(g)；M为摩尔质量(g/mol)；q表示电化学反应(J)；F为法拉第常数，96 484.5 C/mol．锂离子电池在一定倍率充放电的过程中会产生极化内阻，当电流通过时会产生极化热，其计算公式为：Qp=I2Rp=I2(RΩ+Rn+Rd) (5)式中，Rp为极化内阻阻值，RΩ为欧姆极化内阻，Rn为浓差极化造成的内阻，Rd为电化学极化内阻，单位均为Ω．1.3 电池组的有限元模型为缩短计算时间、保证网格质量，在不影响计算精度的前提下，在网格划分前对电池模组进行适当的简化处理，模组仅保留电芯、导热垫和导热翅片，采用Hypermesh将模组划分为六面体网格，网格数量为608万个．电池箱中各材料属性见表2．表2 电池箱材料属性材料材质密度/(kg·m-3)比热容/(J·(kg·K)-1)导热率/(W·(m·K)-1)动力粘度/(N·s·m-2)冷却液乙二醇水溶液(质量分数50%)1071.133000.3840.00339导热硅胶垫硅胶120013002电芯-140014001/32.5/32.5导热铝板AL60612700896167导热铜板铜8900397396端板AL60612700896167绝缘板ABS110014000.25导热胶水有机硅150014001为简化计算过程，假定电池箱中每块方型电芯的工作性能一致，不考虑电池组因受热而导致的变形，且流体为不可压缩物质．利用FLUENT软件进行仿真分析，冷却液的流动类型选择标准k-ε湍流模型，将流体和固体相接触的界面设置为耦合传热边界．设定电动汽车以90 km/h的速度在水平道路上匀速行驶，环境温度30℃，冷却液入口温度12℃，流量12 L/min．单电芯经实验测得发热量为10.5 W，xx、yy、zz 3个方向的导热系数分别为1 W/(m·K)，32.5 W/(m·K)和32.5 W/(m·K)．1.4 实验方案实验的电池箱共包含4个电池模组，每个模组包含24块电芯，电芯按照图2所示箭头方向进行编号．模组1、2从左至右电芯编号为从1～24；模组3、4从上到下电芯编号为1～24．每块模组选择其中3块电芯检测温度，每个电芯上布置6个监测点，监测点位置分布如图3所示．图2 电芯编号示意图图3 电芯监测点位置分布图温感布点共102个，分为电芯级、模组级、水冷板和pack级，具体温感分布数量及布点电芯编号见表3．表3 温感分布数量类别区域测点数量温感编号备注电芯模组118T1～T18电芯8、13、24模组218T19～T36电芯1、12、20模组318T37～T54电芯3、8、19模组418T55～T72电芯2、11、21模组模组表面和侧面8T73～T80每个模组2个,位于模组上表面及侧面BUSBAR12T81～T92每个模组各3个水冷板水冷板5T93～T97Pack级上箱体和电池包内空气温度3T98～T100上箱体2个测点水温进出口冷却液温度2T101～T102总计102为验证数学模型和仿真结果的准确性，在3种工况下进行了实验验证．实验中车速为90 km/h，冷却液入口温度为12℃．实验1中环境温度为20℃，水泵流量为12 L/min，此时压缩机不工作，冷却液在冷却系统中自循环，也即冷却液吸收电池产生的热量，在水冷板中未与制冷剂换热，冷却液未被冷却．实验2、3中环境温度为30℃，压缩机转速为1 500 r/min，水泵流量分别为6.7 L/min和12L/min．2 结果与分析2.1 电池组温度场仿真结果仿真计算时在每个模组上分别设置1个监测点，共4个，用以监测电芯的温度变化，电池各模组温度温升曲线如图4所示．图4 电池组各模组温升曲线由仿真结果可得，电池组的最高温度为49.2℃，最低温度为34.8℃，最大温差为14.4℃，4个监测点的温度分别为：38.6℃、44.9℃、43.7℃、49.2℃，电池组温度均匀性较差．电池组1与2的温度场分布基本相同，电池组3与4的温度场分布基本相同．2.2 电池组温升的实验结果图5给出了在不同实验工况下的电芯监测点的温升曲线．从图5可以发现，在不同的实验工况下，电芯的温升有较大的分别．在3种实验条件下，电芯的最高温度分别为48.6℃、47.6℃和47.2℃，最低温度分别为36.8℃、36.5℃和36.0℃．对比实验1、3可发现当液冷系统冷却液工作但压缩机侧不工作时电芯温升范围较大为18～29.8℃，压缩机侧工作时电芯温升较小为7.7～18.8℃，可见液冷系统及制冷剂侧工作状态对整个电池系统散热效果较明显；对比实验1、3可发现，虽然水冷系统能降低电池的整体温升，但是对于降低电芯间的温差效果不明显；对比实验2、3可发现，冷却液流量变动对电池散热系统影响不明显．图5 试验温升记录曲线2.3 电池组温升的实验结果与仿真结果的对比表4给出了电池组的最高温度、最低温度、4个监测点的温度的实验值和仿真值．通过仿真与实验对比可得，仿真温度与试验温度存在一定程度的误差，但是温升趋势基本吻合，试验与仿真之间产生的误差是由于在仿真时将单体电池视为均匀的生热源，没有考虑到放电时单体电池内各部位由于随着荷电状态的变化其化学反应产生的热量也不同，即单体电池在一定程度上具有温度不均匀性，因此势必会产生一定的误差．但总体而言，采用本文的仿真计算方法所得的结果基本符合实际情况．表4 仿真与实验结果对比表 (单位：℃)对比参数最高温度最低温度监测点1温度监测点2温度监测点3温度监测点4温度仿真49.234.838.644.943.749.2实验50.337.1394442.950.3误差-1.1-2.3-0.40.90.8-1.1误差百分比/%-2.19-6.20-1.032.051.86-2.193 电池箱体结构优化为获得更好的散热效果，本文对电池箱体进行了优化，给出了3种方案．3.1 水冷板流道优化由以上仿真和实验结果可得，采用液冷效果较为明显，在90 km/h匀速工况下电芯温度均能维持在50℃以内，但是电芯之间的温差较大．电池箱体采用L型结构，冷却流道内部及流向如图6(a)所示．目前所采用的流道结构无法使冷却液流过全部区域，经过对仿真和试验数据的分析，这些区域温差较大．为提高电芯与电芯之间以及为模组间的温度一致性，将对液冷板的流道进行结构优化．考虑到电池箱体轻量化的要求，暂不能对电池箱体进行过大更改，优化将在现有箱体结构的基础上进行，将最下方的主流道分解成3个小流道，使冷却液能够逐个流过整个箱体，如图6(b)所示．图6 水冷板流道示意图3.2 导热材料的优化由前所述，电池组中每两块电芯放置一块0.5 mm的铝导热片和一块0.3 mm的硅胶垫，用于将电芯热量更快地传至液冷板，简称优化方案1．仿真和试验结果表明电芯上下温差较大，热量从电芯上部传至液冷板的环节热阻较大．为了减小电芯上下温差，本文拟通过减小该环节热阻来进一步优化传热路径．模组其他结构不变，采用导热系数比铝大的相同厚度铜导热垫片，优化结构简称优化方案2，将方案1和方案2耦合后的结构简称优化方案3．3.3 优化结果分析表5给出了优化后的电池组的温升情况．表5 优化方案与原始方案对比表对比参数最高温度最低温度最大温差监测点1温度监测点2温度监测点3温度监测点4温度压降/kPa原始方案49.234.814.438.644.943.749.253.6优化方案144.435.19.338.544.438.644.448.8优化方案243.230.712.531.037.237.243.153.6优化方案339.331.08.331.538.632.039.348.8从表5可以发现：优化方案1的最大温差为9.3℃，较原始方案下降了5.1℃，说明此优化方案提高了电池间的温度均匀性；优化方案1最高温度较原始方案下降了4.8℃，最低温度上升了0.3℃，说明方案1的流道结构较原始方案带走了更多的热量，在控制电池组温升上效果比原始方案显著；优化后的流道采用多通道，并且在流道拐角处的直角改变成圆弧形，降低了沿程阻力，减少了能量消耗；由于优化后的流道流经全部模组区域，所以监测点3、4的温度显著下降，提高了模组间的温度均匀性．优化方案2最大温差为12.5℃，与原始方案相比整体温差下降不太明显；同时各个电芯竖直方向上的温差较原始方案大大降低，这是因为导热系数更高的铜导热片降低了竖直方向上热阻的原因．3.4 优化后水冷板和铜导热片的耦合优化方案1降低了模组的整体温差，但对改善电池单元竖直方向上温度均匀性效果不明显，优化方案2降低了竖直方向上的热阻，从而提高了该方向上的温度均匀性．本节考虑将方案1和方案2进行耦合．耦合后的结构简称优化方案3．优化模型后的仿真分析时的环境温度、初始边界条件与优化前的仿真参数完全一致．结果表明采用方案3后，电池组的最高温度和最低温度分别为39.3℃、31℃，最大温差为8.3℃．较方案1、2冷却效果以及电池单元间的温度均匀性有了较大提高，冷却系统压降也有所降低，该系统已满足电动汽车电池对温度的要求．4 结论1)本文通过实验得到了电动汽车在90 km/h匀速行驶工况下不同环境温度下的温升曲线；研究发现未进行散热系统优化的电池箱温升较大，电芯之间温度均匀性较差．2)通过对实验3工况下的仿真对比，验证了实验的准确性以及仿真的精度．3)通过对增加分支流道、更换铜导热垫片优化，以及两者耦合的优化方案的仿真，分析了不同方案的优化效果，为工程优化提供了参考方向．参考文献：【相关文献】[1] Zhou Xuesong． The Current Research on Electric Vehicle[M]． Chinese Control & Decision Conference， 2016：5190-5194．[2] 程启明，吴凯，王鹤霖，等．电动汽车技术发展研究[J]．电机与控制应用，2013，40(6)：1-6．[3] 梁波，欧阳陈志，刘燕平，等．往复流散热方式的锂离子电池热管理[J]．汽车工程，2014，36(12)：1449-1454．[4] 李哲，韩雪冰，卢兰光．动力型磷酸铁锂电池的温度特性[J]．机械工程学报，2011，47(18)：115-120．[5] Rao Zhonghao, Wang Shuangfeng． A Review of Power Battery Thermal Energy Management [J]． Renewable and Sustainable Energy Reviews，2011，15(9)：4554-4571．[6] Taheri P, Mansouri A，Schweitzer B．Electrical Constriction Resistance in Current Collectors Of Large-Scale Lithium-Ion Batteries[J]． Journal of The Electrochemical Society，2013，160(10)：1731-1740．[7] Kamyar Makinejad，Raghavendra Arunachala，Sabine Arnold, Hassen Ennifar， A Lumped Electro-Thermal Model for Li-Ion Cells in Electric Vehicle Application[J]． World Electric Vehicle Journal, 2015 , 7 (1)：1-13．[8] 朱晖，张逸成．电动汽车电池组热管理系统的研究[J]．实验室研究与探索，2011,30(6)：8-14．[9] 杨世铭，陶文铨．传热学[M]．北京：高等教育出版社，2006．[10] Song H S， Jeong J B， et al. 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纯电动轿车冷却系统设计指南
纯电动轿车冷却系统设计指南目 次1 范围 (1)2 纯电动轿车冷却系统的要求 (1)3 纯电动轿车冷却系统简述 (1)3.1 纯电动轿车冷却系统的组成 (1)3.2 纯电动轿车冷却系统的功用 (1)3.3 纯电动轿车冷却系统的性能指标 (1)4 纯电动轿车冷却系统设计流程概述 (1)4.1 纯电动轿车冷却系统设计流程包含以下步骤： (1)4.2 纯电动轿车冷却系统的设计流程图 (2)5 纯电动轿车冷却系统的主要结构选型与布置 (3)5.1 散热器 (3)5.1.1 散热器的作用 (3)5.1.2 散热器的结构 (3)5.2 膨胀箱 (5)5.3 电子风扇 (8)5.4 电子水泵 (10)5.5 冷却水管 (10)5.6 卡箍 (16)5.7 冷却液 (18)6 纯电动汽车冷却系统的总体布置 (19)6.1 空气流通系统布置设计原则 (19)6.2 冷却液循环系统布置设计原则 (21)7 冷却系统的流量控制 (21)7.1 电子水泵的控制 (21)7.2 电子风扇的控制 (22)8 仿真分析 (24)附录A（资料性附录） J02项目都市SUV四门车电动机散热CFD分析报告 (25)前 言为了指导本公司纯电动轿车冷却系统设计开发，特制定了本设计指南。
本规范由公司产品管理部提出并归口。
本规范起草单位：动力总成部。
纯电动轿车冷却系统设计指南1 范围本规范规定了纯电动轿车设计开发过程中电机冷却系统设计的设计流程、设计方法与规范。
电机冷却系统的主要冷却对象是电机、电机控制器、DC/DC、充电机等高压散热元件，电池冷却和空调冷却不在此范围。
本指南适用于本公司设计的A0级、A级、B级轿车的电机冷却系统设计匹配，其它车型可参照执行。
2 纯电动轿车冷却系统的要求2.1 散热能力能满足各散热元件在各种工况下运转时的需要。
当工况和环境条件变化时，仍能保证各散 热元件可靠地工作和维持最佳的冷却水温度。
2.2 应在短时间内，排除系统的空气。
基于RAV-4的电动汽车电池组风冷系统的研究
电池组长时间工作在 比较恶劣的热环境 中，就会降
低 电池性能。 其次 ， 电池箱 内温度场的长久不均匀分
布将造成各电池模块 、 单体性能的不均衡 。 这些都将
会缩短电池使用寿命 。通过电池包的建模仿真可以
（ １）
看出风冷系统中气体流动情况，多点温度测量实时 监控电池包内温度易于找 出损坏电池 ， 及时替换 ， 从
种 ， 图 ２所 示 ： 如
Ｑａ， ． ７ ＋ ． ｃｓ ０ ４ ￣ ３ ￣＝ ５ ， ６
（Ｊ ） ｋ／ ｈ
（） ６
第２ 阶段 ，生热量主要来 自：电池化学反应生 热、 电池极化生热 、 过充电副反应生热、 内阻焦耳热 。 其 中大部分的生热量来 自于过充电副反应生热 。充 电末期和过充电时 ， 过充电副反应就开始发生 ， 其生 热量如下：
１ ４
技 术 纵横
轻型 汽车技 术
２０ （ １ 总 ２７ ０６ １ ） ０
应生热 、 电池极化生热 、 过充电副反应生热 、 内阻焦
耳热 。
度低于 ０Ｃ 电池的放电效率显著降低。 ￣时， 从这一点 可以推测 ， 镍氢电池的理想工作温度应该在 ０ ４ ￣ ￣０Ｃ
之 间。
电池充 电过程 中的反应生热可 以分为两个 阶
用越来越普遍 ，本文即以丰 田 Ｈ Ｖ ４电动汽车用 Ａ一
镍氢蓄 电池为例对 电动汽车 电池组热管理系统进 行分析。
镍氢电池 的特性对其热管理 系统 的影响很大。 电池内部的电化学反应很 复杂 ， 存在感应和共生的 非感应 的过程 。不同的电池反应不同 ， 因而有不同 的充放 电热特性 。镍氢电池 由镍氢化合物正 电极 、 储氢合金负电极以及碱性 电解液组成 。在充放电过 程中， 氢镍电池电化学反应表示圆 如下 ：
动力电池组液冷散热仿真与实验研究
ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｉｓ ４３.２ ℃ ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｉｎｇｌｅ ｃｅｌｌｓ ｉｓ ０.９ ℃ ａｆｔｅｒ
z
!"0
)0 &-6 K& J
x
图 １ 基于口琴管的动力电池组液冷方案结构示意图
y
38
C
KT
图 ３ 电池表面 １ ８００ ｓ、３ ６００ ｓ 时
温度分布图
从图 ３ 中分析发现ꎬ在放电过程中ꎬ电池表面温度逐
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渐增大ꎬ在放电结束后达到最高温度为 ４３.２ ℃ ꎬ相较于初
板会与电池组其他功能部件干涉ꎮ 为了对比各单体电池
之间的温差ꎬ对各单体电池编号ꎬ同时在各电池表面取对
应位置点ꎬ电池编号及取点位置如图 ４ 所示ꎮ
激活抑制回流选项ꎬ电池组表面设置为自然对流ꎬ对流换
热系数为 ３.９５ Ｗ / ( ｍ２ Ｋ) ꎮ
１.４ 材料属性
本文各物质的材料属性如表 １ 所示ꎮ
所示ꎮ
用逆流的方式ꎬ让电池组的温度更加均匀ꎮ
/℃
１.２ 物理模型
38.6
38.5
38
37.5
37
36.5
36
35.5
35
如图 １ 所示ꎬ基于口琴管的电池组液冷系统三维几何
某型电动汽车电池包结构分析及改进设计
电池模块
电池模块是电池包的核心组成部分，它的种类繁多，包括圆柱形电池、方形电 池、软包电池等。每种电池类型都有其独特的优缺点，需要根据实际使用需求 进行选择。圆柱形电池具有较高的能量密度和可靠性，但体积较大；方形电池 具有高能量密度和较小的体积，但需要更多的空间来布局；软包电池则具有更 高的能量密度和更轻的重量，但需要更复杂的生产工艺。
在电池包的结构设计中，应首先确保其能够适应纯电动汽车的各种工况，同时 还要保证在发生碰撞、侧翻等事故时，电池组能够得到有效保护。此外，提高 电池包的能量密度和降低制造成本也是结构设计的重要考虑因素。针对这些问 题，优化电池包结构、改进电池封装工艺和提高电池模块的可靠性是有效的解 决方法。
纯电动汽车电池包的特性研究主要包括其充放电特性和寿命。充放电特性直接 影响了电池包的能量密度和充电速度，而寿命则影响了电池包的使用成本和使 用寿命。
电路设计
电池包的电路设计是整个结构设计中的关键部分。电路材料的选择直接影响了 电池包的性能与安全。常用的电路材料有铜、铝、镍等，需要根据具体使用需 求进行选择。制作工艺的精湛程度也直接影响了电路的品质，常见的制作工艺 包括压延、拉丝、绞合等。此外，连接方式的选择同样重要，它决定了电路的 稳定性和耐用性，常见的连接方式包括焊接、螺丝连接、压接等。
总的来说，纯电动汽车电池包的结构设计及特性研究涉及到多个领域的前沿技 术。随着科技的不断进步和研究的深入，我们有理由相信，未来的纯电动汽车 电池包将更加高效、安全、环保，为人们的出行带来更加美好的体验。
在这个充满绿色科技的时代，纯电动汽车逐渐成为环保出行的理想选择。电池 包作为纯电动汽车的核心部件，其结构设计对于提高车辆性能、确保安全具有 至关重要的作用。本次演示将详细介绍一种纯电动汽车电池包的结构设计，并 针对电池包的关键组成部分进行深入探讨。
纯电动车动力电池冷却原理大全课件
提高冷却系统的可靠性
选用高品质的零部件
选用高品质的零部件，如耐高温、耐腐蚀的管路、接头等，可以 提高冷却系统的可靠性。
加强密封性能
加强各部件之间的密封性能，防止冷却液泄漏，确保冷却系统的正 常运行。
定期维护和保养
定期对冷却系统进行维护和保养，及时更换磨损的零部件，保证冷 却系统的可靠性。
CHAPTER 06
热管是一种高效的传热元件，利用液体在真 空密封管内的蒸发和凝结循环传递热量。热 管冷却通常是将热管与电池相接触，利用热 管的传热性能将电池产生的热量快速传递到 周围环境中。这种方式散热效果非常好，适 用于高功率密度、高发热量的纯电动车。但 热管冷却的结构复杂，成本较高，且维护起
来相对困难。
CHAPTER 04
纯电动车动力电池冷却系统设计
冷却系统设计原则
安全性
确保电池组在各种工况 下的温度处于安全范围 内，防止过热或过冷。
高效性
优化冷却系统的热交换 效率，降低冷却液的能
耗和温度波动。
轻量化
减轻冷却系统的重量， 以降低整车能耗和提升
续航里程。
可靠性
保证冷却系统的长期稳 定运行，减少维护和更
换的频率。
冷却系统设计流程
确定电池组热特性
通过模拟和实验确定电池组的 最大和最小允许温度范围。
选择冷却方式
根据电池组特性和使用环境选 择自然对流、强制对流或液冷 等冷却方式。
设计冷却回路
根据冷却方式和电池组布局， 设计冷却液的流动路径和热交 换器结构。
优化性能参数
通过仿真和实验验证，优化冷 却系统的流量、压力、温度等
性能参数。
CHAPTER 05
纯电动车动力电池冷却系统优化建 议
纯电动汽车电池热管理技术研究
AUTO TIME 121 NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车
时代汽车 www.cnautotime.com
纯电动汽车电池热管理技术研究贾明正 李雪丽 赵志豪黄河交通学院汽车工程学院 河南省焦作市 454950
摘 要： 随着新能源汽车的快速发展，电动汽车愈来愈受到人们的青睐，人们对电池热管理技术的改进也越来越深入。为了让更多的人了解电池热管理技术，给后期欲从事电池热管理系统研究者提供参考，本文就几种常用电池热管理系统的基本原理、优缺点及其研究现状进行了分析总结。关键词：纯电动汽车 电池热管理 冷却
电动汽车作为新能源汽车主要类型之一，其销量也在逐年上升。但续驶里程短、充电时间长以及偶有发生的电动汽车自燃、起火事故等一直广为诟病。针对这些问题，业界人士提出：一是要大力研发能量密度更高、可以快速充放电、使用更加安全的电池；二是要提高电池的管理技术和管理手段，构建一个更加科学、完善的电池管理系统，更好发挥电池的性能。在电动汽车电池管理当中，热管理系统是电池管理系统的核心组成之一。电动汽车的电池在正常工作中，会因为锂离子在电池内部的嵌入和脱嵌、电流在电池及电池组内的流动以及电池内各种微小的副反应等原因产生大量的热量，这些热量如果不尽快排出，堆积在电池包内部，会使电池的温度升高，当时间过长或温度超过许用上限时，会严重影响电池的寿命甚至直接使电池短路爆炸。此外，锂离子电池在温度较低的环境充电时，会出现锂枝晶现象，不断生长的枝晶存在刺穿隔离膜致使电池短路的风险。因此，电动汽车电池热管理系统的好坏直接关系到电池组的安全性能及充放电性能。电池热管理技术的研究，目前主要集中在如何导出电池工作时产生的热量，使电池在最佳的温度范围内工作。现在应用于纯电动汽车上的冷却方法主要是风冷、液冷、直冷，同时相变材料在电池热管理中的应用也作为一个研究热点。下面依次对主要的电池冷却类型及研究现状进行介绍，同时简单介绍电池低温加热方式，为纯电动汽车电池热管理系统的选择、优化设计提供参考。1 风冷风冷是最早开始使用的动力电池冷却技术。按风的流动动力有自然风冷和强制风冷两种，而按风冷系统风道划分有串联冷却和并联冷却两种，如图1所示。风冷系统的优点在于结构上比液冷、直冷系统简单，功率消耗低。但是由于其流道布置使得空间利用率低、防水防尘困难，因此不适用于排列紧密的方形、软包电池。此外，在外界空气温度过高、过低时热管理系统难以满足需要，需要空调系统送风冷却等。因此风冷系统冷却性能难以满足使用需求，正在逐步被液冷、直冷系统取代。对于风冷系统，罗宗鸿[1]通过建立使用18650型号圆柱电池的电池包三维模型，并结合计算机仿真分析和相关实验，探究了在电池包箱体不同位置开设进、出风口，以及电池在电池包内不同排布时风冷散热的有效性和局限性，为后续研究提供了理论指导和可靠依据。高肖璟[2]重点考虑到单体电池表面温度与内核温度的不一致，通过建立单个电池电热耦合模型进而建立了电池组电热耦合模型，在验证了模型的精度后，设计了一个“模型预测温度控制器”，该控制器通过控制入口
一种重度混合动力轿车动力电池冷却系统设计
一种重度混合动力轿车动力电池冷却系统设计夏顺礼;宋军;赵久志;张宝鑫;阳斌【摘要】Influence of power battery thermal management system is crucial for the power of new energy vehicles in various environmental conditions. This paper describes the cooling system design of hybrid vehicles, CFD simulation software is used to build the entire battery pack simulation ing CFD simulation software establish the battery pack simulation model , Through this method, the key parameters such as the pressure of the battery pack and the air quantity distribution are obtained, guiding the cooling system design. Two simulation results indicate bottom inlet cooling effect of the thermal management scheme is better than the side, and the cooling system can ensure the stability of the battery under high temperature operating environment, to prevent thermal runaway phenomenon.%动力电池热管理系统对重度混合动力轿车在各种环境下行驶的动力性有至关重要的影响。