混合動力客車電池包散熱系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著環(huán)境污染和能源緊缺問題的日益嚴(yán)重,混合動力汽車(HEV)的研究正受到越來越多的重視。作為HEV能量來源之一的動力電池,由于其工作性能和使用壽命同電池的工作溫度有著密切的聯(lián)系,因此對電池包的散熱系統(tǒng)進(jìn)行研究具有重要意義。本文以SWB6116HEV混合動力客車的LiFePO4電池包散熱系統(tǒng)為研究對象,根據(jù)客車電池?zé)峁芾淼脑O(shè)計要求以及LiFePO4電池的溫度特性,通過實驗和仿真的方法對散熱系統(tǒng)進(jìn)行了研究并做出了改進(jìn)。本文的主要工作可以概括

2、如下：(1)分析了LiFePO4電池的溫度特性,在絕熱條件下對單體電池進(jìn)行了熱參數(shù)測量實驗,并編制了LabVIEW程序?qū)囟葦?shù)據(jù)進(jìn)行了自動采集和記錄。通過對實驗數(shù)據(jù)的處理,得到了單體電池的發(fā)熱功率關(guān)于電流強度的函數(shù)以及電池的等效比熱容。此外,根據(jù)傳熱學(xué)中并聯(lián)熱阻和串聯(lián)熱阻的原理,計算出了電池沿三個正交方向的導(dǎo)熱系數(shù)。(2)利用Fluent軟件對客車現(xiàn)有的、采用自然通風(fēng)方式進(jìn)行冷卻的散熱系統(tǒng)進(jìn)行了CFD仿真計算,并通過實車實驗對仿真進(jìn)行了

3、驗證。將仿真結(jié)果同實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,兩者基本吻合?？梢娡ㄟ^CFD仿真計算,可以對電池包內(nèi)的熱流場做出比較準(zhǔn)確的預(yù)測。此外結(jié)合實驗及仿真的結(jié)果發(fā)現(xiàn),現(xiàn)有散熱系統(tǒng)無法在夏季極端氣候條件下滿足電池包的熱管理設(shè)計要求,必須對其做出改進(jìn)。(3)為了減小冷卻空氣的流動阻力,增加空氣流量,對現(xiàn)有散熱系統(tǒng)提出三條改進(jìn)措施：①在電池包的尾部增加冷卻風(fēng)扇,并從車廂中抽取冷卻空氣；②對電池包中的擋板結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)；③拓寬電池間的冷卻風(fēng)道寬度。通過CFD計算對上

4、述三條措施的改進(jìn)效果分別進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果顯示,使用上述措施后,穩(wěn)態(tài)時電池包內(nèi)的最高溫度將低于40℃,能夠維持在LiFePO4電池的最佳工作溫度范圍內(nèi)。(4)根據(jù)城市工況下的實車實驗數(shù)據(jù),計算出了車載動力電池在重載情況下的峰值發(fā)熱功率。根據(jù)上述數(shù)據(jù)的穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果,對散熱系統(tǒng)做了進(jìn)一步的優(yōu)化,在電池包尾部增加了備用冷卻風(fēng)扇。該風(fēng)扇僅在電池包處于重載高負(fù)荷時工作,以便在短時間內(nèi)提高電池包的散熱能力。對該措施進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)仿真,模擬了電