纯电动水冷电池冷却模拟策略研究.PDFVIP

STAR 2015  中国用户大会论文集  纯电动水冷电池冷却模拟策略研究 裴建权 （中国第一汽车股份有限公司技术中心） (Tel:043185788816, Email:peijianquan@) 摘要 本文以纯电动车锂电池为研究对象, 利用仿真软件Star-ccm+对水冷电池冷却系统进行CFD仿真分析。具体介 绍了水冷电池几何模型简化处理方法，并利用简化后模型对水冷电池进行流场和温度场分析。分别研究了瞬时热边 界和等效热边界下电芯温度场，并比较两种分析策略优劣，为水冷电池冷却性能模拟评价提供参考。 关键词： 纯电动车 锂电池 水冷 数值模拟 热管理 1 前言 当今世界，日益严重的能源危机和环境污染给汽车制造业带来了十分严峻的挑战。为了应对这 一危机，各国政府和汽车企业都高度重视自身的新能源汽车的开发[1]。其中，纯电动汽车（EV,Electic Vehicle ）由于其在能量效率和减少排放上的突出特点，而越来越得到世界范围内的普遍关注[2]。目 前，各大主流汽车厂商及研究机构纷纷投入巨额财力、人力支持纯电动汽车产品开发。 电池、电机、电控是电动汽车发展的三大关键技术。其中电池技术的滞后一直制约电动车的发 展推广。电池作为纯电动汽车上的重要动力输出部件，其性能的好坏直接决定了整车的动力性能。 目前，汽车动力电池主要有锂电池和镍氢电池两种，锂电池因自放电率低、循环寿命长、比能大等 优点逐渐成为电动汽车的首选动力蓄电池[3-4]。由于锂电池对温度变化比较敏感，工作条件对自身 温度要求高，所以锂电池的热管理好坏显得极为重要。汽车在行驶过程中伴随着复杂的道路工况， 电池在放电过程中产生大量的余热，电池热管理（BTM,Battery Thermal Management ）的目的主要就 是研究如何将这些废热及时有效地消除，从而保证电池能够持续健康的工作运行。使用计算机仿真 技术对电池冷却系统进行分析评估已成为电池热管理的一个重要途径。目前国内对水冷电池模拟评 价研究较晚，冷却评价标准尚不成熟，因此对水冷电池冷却模拟分析技术的研究就显得尤为重要。 本文依托某款纯电动车水冷电池开发项目，使用 CFD 分析软件 Star-ccm+对电池冷却通道流场 及电芯温度场分析研究。具体详细介绍了水冷电池模型简化处理方法，并使电池在 US06 工况运行 下对芯体流场、温度场进行分析。其中研究了两种不同电池热边界（瞬时热边界和等效热边界）条 件下电芯温度场，并对两种模拟方法进行比较，并预测了一下未来电池模拟分析技术发展趋势。 2 计算数学模型 2.1 电芯生热模型 电芯工作时的发热量主要由极化热、反应热、副反应热和焦耳热四部分组成。对于锂离子电池 来说，副反应生成热量极小，因此可以忽略不计，电池内部反应热量只需考虑剩下三部分热量[5]。 电池充放电时的反应热Q1 可以表示为： Q1=0.0104QI (1) 式中：Q为化学反应过程正负极产热量的代数和，单位KJ/mol；I为放电电流，单位A. 电芯内欧姆内阻Re产生的焦耳热Q : 2 2 Q2=I Re (2) 1 STAR 2015  中国用户大会论文集 电芯内极化内阻Rp产生的极化热Q ： 3 2 Q =I Rp (3)