電池組散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化探析

孫建

摘 ? 要：隨著環(huán)境的污染以及能源緊缺等問題的不斷加劇，電動(dòng)汽車的發(fā)展，憑借零排放與低能耗得到社會與政府部門的大力支持。但是動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，其溫度會對電池性能及安全有著直接的影響。因此，本文就電動(dòng)汽車鋰離子電池組散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行分析，具體到風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以滿足其結(jié)構(gòu)優(yōu)化的要求。希望通過本文對電動(dòng)汽車鋰離子電池組散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的有效分析，能夠?qū)窈笱芯夸囯x子電池的散熱能力有一定的幫助作用，利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，滿足電動(dòng)汽車的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 ?鋰離子電池組 ?散熱

中圖分類號：U469.72 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0092-02

作為電動(dòng)汽車的能量源，鋰離子電池組本身的平均輸出電壓高和能量密度大等優(yōu)點(diǎn)，從而在電動(dòng)汽車領(lǐng)域之中得到廣泛的應(yīng)用。但是考慮到在充放電過程中，電池組的大電流、惡劣環(huán)境、空間結(jié)構(gòu)等導(dǎo)致溫度分布不均勻、溫升急劇較高，造成電池組壽命降低和性能衰減，為了減少電池組內(nèi)部溫度不均勻性以保證在最佳環(huán)境溫度下工作，需開發(fā)出更為合理地散熱結(jié)構(gòu)。

1 ?電池散熱理論

所謂電池散熱，實(shí)際上就是在工作時(shí)，將電池產(chǎn)生的熱量直接傳遞到相鄰的介質(zhì)中去，或者是基于相鄰介質(zhì)直接傳遞到不相鄰介質(zhì)或者是外界環(huán)境當(dāng)中去。其電池散熱好壞會對電池內(nèi)部溫度場分布產(chǎn)生直接的影響，當(dāng)電池散熱性能優(yōu)時(shí)，保證其電池溫度升高不會超過其正常工作的溫度上限;散熱保證電池組內(nèi)部溫度相對均勻。所以，電池組熱管理系統(tǒng)不僅可以更快的傳遞電池?zé)崃?，同時(shí)也能夠有效解決電池組熱均勻性問題[1]。

2 ?鋰離子電池組風(fēng)冷散熱系統(tǒng)分析

鋰離子電池組散熱系統(tǒng)分析，本章節(jié)主要是以風(fēng)冷散熱系統(tǒng)之中的電池間距布置形式來進(jìn)行闡述，以達(dá)到其合理散熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。

2.1 鋰離子電池組風(fēng)冷散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對于選定的單體電池，基于內(nèi)阻從小到大的順序來進(jìn)行編號。對于各個(gè)電池之間，利用串聯(lián)的方式將其連接，并且實(shí)現(xiàn)均勻的安裝，電池之間的間距為6mm。之后，在電池箱中實(shí)現(xiàn)電池連同支架一并來進(jìn)行安裝，其整體的結(jié)構(gòu)為230mm×73mm×175mm，其箱板的厚度為2mm。201系列不銹鋼材料的電池箱體和支架。

2.2 電池組風(fēng)冷散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)——基于電池間距布置形式的影響

基于仿真分析，針對電池組風(fēng)冷散熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過具體的分析，電池利用等間距的布置，其貼近于空氣進(jìn)出口一側(cè)的空氣流道中的空氣流量偏多，空氣本身的流速較大。但是因?yàn)闊嶙韬土髯璧挠绊?，這樣就會導(dǎo)致遠(yuǎn)離空氣進(jìn)出口一側(cè)的空氣流道內(nèi)流速逐漸的降低。這樣就可能導(dǎo)致遠(yuǎn)離空氣進(jìn)出口一側(cè)電池最高溫度偏高，出現(xiàn)較大的溫差。為了能夠提升電池組本身的溫度均勻性，針對電池組的風(fēng)浪散熱結(jié)構(gòu)就應(yīng)該進(jìn)行合理的優(yōu)化設(shè)計(jì)，這樣才能夠分析強(qiáng)制風(fēng)冷散熱下的電池組溫度場以及對應(yīng)的流場變化情況。在針對電池組風(fēng)冷散熱效果的結(jié)構(gòu)因素分析中，基于電池間距的布置形式為主，基于單因素變量分析法，獲取其單因素的變量值，然后利用對應(yīng)的設(shè)計(jì)，這樣就可以滿足優(yōu)化的具體要求。

在研究電池間距大小對于流速、電池溫度與溫差帶來的影響，基于進(jìn)風(fēng)角度與出風(fēng)角度不變的前提下，也就是要求進(jìn)風(fēng)區(qū)末端的尺寸A為20mm，出風(fēng)區(qū)B為20mm，其公差值C選擇0mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm，并且建立對應(yīng)的仿真模型。在分析之中以公差值0.5mm為例，在具體的空氣流道中，其實(shí)際的間距選取8.5mm、8mm、7.5mm、7mm、6.5mm、6mm、5.5mm、5mm、4.5mm、4mm、3.5mm。針對不同公差值的電池間距模型，獲取溫度場云圖。不難看出，公差值的增大，其電池組的最高溫度在實(shí)際區(qū)域中的變化趨勢和出風(fēng)口角度產(chǎn)生的影響趨勢是相同的，其最高的溫度位置則是從遠(yuǎn)離進(jìn)出風(fēng)口的電池逐漸朝著貼近于出風(fēng)口電池出現(xiàn)轉(zhuǎn)移。在確定0.5mm的公差值C的時(shí)候，其電池組本身的溫度場分布是最為均勻的，其空氣流速對應(yīng)的變化見圖1所示。隨著C的增大，在1-5號流動(dòng)中，其間距在不斷的變大，會持續(xù)的增加流入的空氣流量;6-11號流動(dòng)中，其電池間距則會逐漸的減小，從而降低空氣流速。并且在這一數(shù)值下，因?yàn)楦鱾€(gè)流道的流速能夠保持良好的均勻性，其具體的平均流速為1.02m/s[2]。

針對公差值C和電池組最高溫度的關(guān)系曲線。其電池組的強(qiáng)制風(fēng)冷散熱效果不會隨著公差值C呈現(xiàn)出線性的變化。在選擇0.5mm這一個(gè)數(shù)值中，其最高溫度和溫差都能夠處于一個(gè)相對較小的數(shù)值，其最高溫度——34.70℃（307.85K），而溫差4.69℃（4.69K），保證了電池組不會過溫及溫度分布的均勻性。

基于單因素變化來進(jìn)行仿真研究其電池間距布置形式對于風(fēng)冷散熱效果的影響。經(jīng)過其結(jié)果表明局域電池間距布置形式，保證到電池之間的流道空氣流量可以實(shí)現(xiàn)更加均勻的分配，這樣就可以將電池組的風(fēng)冷散熱效果提上去[3]。

3 ?結(jié)語

總而言之，對于電動(dòng)汽車鋰子電池組散熱結(jié)構(gòu)分析，并提出改善電池組散熱效果的優(yōu)化措施，并對優(yōu)化模型進(jìn)仿真分析，使得電池組溫度場均勻性得以提高，進(jìn)一步保證到電池組使用壽命及性能，提高電動(dòng)汽車的整車性，可靠性和安全性。本文用到動(dòng)力電池組結(jié)構(gòu)是基于原有車體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)調(diào)整電池間距，運(yùn)用仿真技術(shù)對于鋰離子電池組散熱秕進(jìn)模擬，結(jié)果表明優(yōu)化措施能較好的提高電池組溫度場分布均勻性，確保在電動(dòng)汽在行駛過程中鋰子電池組具有高效的使用熱性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙韓，方雄燦.電動(dòng)汽車鋰離子動(dòng)力電池組溫度場仿真及散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2018（3）：289-293.

[2] 張良.純電動(dòng)汽車鋰離子電池的熱分析及散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[D].江蘇大學(xué)，2017.

[3] 陳偉.動(dòng)力鋰離子電池組雙介質(zhì)耦合散熱研究[D].長安大學(xué)，2017.