一種新型風(fēng)冷電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

柳佩文

摘要：本文提出了一種新型的風(fēng)冷熱管理系統(tǒng)（BTMS）來提高熱管理系統(tǒng)的冷卻性能。優(yōu)化結(jié)果表明，與傳統(tǒng)Z型風(fēng)冷熱管理系統(tǒng)相比，電池組最高溫度降低了2.40K（4.72%），最大溫差減小了4.42K（70.89%）。本文提出的優(yōu)化方式可為電動汽車的電池?zé)峁芾硖峁┮欢ǖ膮⒖純r(jià)值。

Abstract： A new type of air cooling thermal management system （BTMS） is proposed to improve the cooling performance of the thermal management system. The optimization results show that the maximum temperature of the battery pack is reduced by 2.40k （4.72%） and the maximum temperature difference is reduced by 4.42k （70.89%） compared with the traditional Z-type air cooling and thermal management system. The optimization method proposed in this paper can provide certain reference value for battery thermal management of electric vehicles.

關(guān)鍵詞：電池;熱管理;風(fēng)冷

Key words： battery;thermal management;air cooling

中圖分類號：TM912? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0028-02

0? 引言

動力電池作為電池汽車的關(guān)鍵元件很大程度上影響著電動汽車的性能。但是在電池充放電過程中，電池內(nèi)部會產(chǎn)生大量熱量，如果熱量不能被及時(shí)散發(fā)出去，會造成嚴(yán)重的安全問題，所以熱管理對動力電池來說至關(guān)重要。風(fēng)冷熱管理系統(tǒng)由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低、便于維修等優(yōu)點(diǎn)而受到研究人員的青睞。Pesaran等人[1]比較了串聯(lián)風(fēng)冷和并聯(lián)風(fēng)冷的冷卻效果，結(jié)果表明，并聯(lián)風(fēng)冷的冷卻性能要優(yōu)于串聯(lián)風(fēng)冷。Park等人[2]討論和分析了Z型和U型風(fēng)冷電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的散熱性能，并通過錐形進(jìn)出口和增加二次出口進(jìn)一步改善了熱管理系統(tǒng)的散熱性能。E等人[3]研究了不同進(jìn)出口布置方式和相對位置對電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)冷卻性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)出口分別位于相對的頂部和底部時(shí)冷卻效果最佳。Chen等人[4]通過改變進(jìn)出口位置提出了一系列新型風(fēng)冷熱管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?；谇叭说难芯?，本文提出了一種新型風(fēng)冷熱管理系統(tǒng)，并進(jìn)行了進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1? 物理模型

1.1 CFD模型

本文通過在傳統(tǒng)Z型風(fēng)冷BTMS的基礎(chǔ)上增加一個(gè)出口提出了一種新型的風(fēng)冷BTMS，新型BTMS的模型圖如圖1所示。進(jìn)出口的長度和寬度分別為100mm和20mm，電池長寬高分別為70mm、27mm和90mm，冷卻通道寬度均為3mm，電池前后緊貼電池箱。

1.2 邊界條件

本文的入口條件和出口條件分別設(shè)置為速度入口和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力出口，入口氣流速度設(shè)置為4m/s，系統(tǒng)初始溫度為299.15K，進(jìn)口溫度等于環(huán)境溫度。

2? 結(jié)果與討論

2.1 與傳統(tǒng)Z型風(fēng)冷BTMS的對比分析

圖2顯示了傳統(tǒng)Z型風(fēng)冷BTMS和本文提出的新型風(fēng)冷BTMS的溫度云圖。由圖2可知，與Z型BTMS相比，新型BTMS的電池最高溫度和最大溫差都大大降低。對于新型風(fēng)冷BTMS，前5塊電池溫度相對較高，后3塊電池相對較低，且最高溫出現(xiàn)在電池2表面，最低溫出現(xiàn)在電池8表面。

2.2 進(jìn)一步優(yōu)化

本節(jié)通過改變?nèi)鐖D3所示的h值來進(jìn)一步優(yōu)化新型風(fēng)冷BTMS的冷卻性能。圖4展示了不同h值的新型風(fēng)冷BTMS的溫度云圖以及最高溫度和最大溫差的對比。由圖4可知，改變h值之后，新型BTMS的電池最高溫度有所降低，最大溫差變化不大。當(dāng)h值為15mm時(shí)，BTMS的冷卻性能最佳，與傳統(tǒng)Z型BTMS相比，最高溫度降低了2.40K（4.72%），最大溫差減小了4.42K（70.89%）。

3? 結(jié)論

本文通過在傳統(tǒng)Z型BTMS的基礎(chǔ)上增加一個(gè)出口提出了一種新型風(fēng)冷BTMS。與傳統(tǒng)Z型BTMS相比，新型BTMS的冷卻性能大大改善，最高溫度降低了2.16K（42.5%），最大溫差減小了4.28K（68.7%）。本文還通過改變h值進(jìn)一步改善了新型BTMS的散熱性能。改善過后，電池最高溫度降低了2.40K（4.72%），最大溫差減小了4.42K（70.89%）。

參考文獻(xiàn)：

[1]A.A. Pesaran， Battery thermal models for hybrid vehicle simulations， J. Power Sour. 110 （2002） 377-382.

[2]H. Park， A design of air flow configuration for cooling lithium ion battery in hybrid electric vehicles， J. Power Sour. 239 （2013） 30-36.

[3]Jiaqiang E， Meng Y， Jingwei C， et al. Effects of the different air cooling strategies on cooling performance of a lithium-ion battery module with baffle[J]. Applied Thermal Engineering. 2018，144：231-241.

[4]Kai Chen， Weixiong Wu， Fang Yuan， Lin Chen， Shuangfeng Wang， Cooling efficiency improvement of air-cooled battery thermal management system through designing the flow pattern， Energy 167 （2019） 781-790.