电动车辆动力电池系统及应用技术教学课件作者王震坡第十章节课件幻灯片.pptVIP

10.3 温度场设计方法-电池内传热的基本方式 根据传热学可知，电池内热传递方式主要有热传导、对流换热和辐射换热三种方式。 电池和环境交换的热量也是通过辐射、传导和对流三种方式进行的 热辐射主要发生在电池表面，与电池表面材料的性质相关。 热传导是指物质与物体直接接触而产生的热传递。电池内部的电极、电解液、集流体等都是热传导介质，而将电池作为整体，电池和环境界面层的温度和环境热传导性质决定了环境中的热传导。 热对流是指电池表面的热量通过环境介质（一般为流体）的流动交换热量，它也和温差成正比。 10.3 温度场设计方法-单体电池导热数学模型 所有导热问题都可以用相应坐标系下的导热微分方程来描述，包括一维和多维、稳态和非稳态、常物性和变物性、有内热源和没有内热源的导热问题。微分方程的解即数学上所说的通解中必定包含有待定的积分常数，要使这些待定常数唯一地确定下来，除了微分方程以外，还必须再附加对所求解的特定导热问题的自身特点和外部环境等情况的若干限定或者补充说明。 10.3 温度场设计方法-单体电池导热数学模型 电池的实际产热情况十分复杂，为了减少电池温度场相关数值计算的复杂性，在计算时通常进行相应简化。简化主要包括如下三项内容： 1）组成电池的各种材料介质均匀，密度一致，同一材料的比热容为同一数值，同一材料在同一方向各处的热导率相等。 2）组成电池的各种材料的比热容和热导率不受温度和SOC变化的影响。 3）电池充放电时，电池内核区域各处电流密度均匀，生热速率一致。 10.3 温度场设计方法-电池组的热特性仿真 在有限元网格划分和指定热单元类型的基础上导入有限元软件（ANSYS）作热分析。图10-27和图10-28为电池单体的有限元分析模型。 10.3 温度场设计方法-单体电池导热数学模型 对于成组电池，举例分析底部加热的温度场分布仿真。在分析底部加热方式温度场分布之前，需要对模型进行的进一步简化，忽略电池单体和模块间的导线和固定电池模块的紧固件。建立图10-29所示的电池包三维模型。 10.3 温度场设计方法-单体电池导热数学模型 图10-30为电池包整体有限元网格模型。多块电池组成一个模块后，电池表面的边界条件有所改变，电池间热量互相影响，产生热量聚集，不是简单的单体电池温度场叠加。 10.3 温度场设计方法-单体电池导热数学模型 在有限元模型建立完成，决定仿真边界条件后，可进行系统的仿真计算。 如该仿真边界条件限定为：① 电池包整体的初始温度为-20℃、-10℃和0℃；② 假定电池箱与外界绝热；③ 恒定加热板加热温度为50℃。 图10-31、图10-32、图10-33分别为-20℃、-10℃、0℃的初始环境温度下，电池箱底部加热板以恒定温度（50℃）加热时电池包温度场的分布曲线。图10-34为不同环境温度下，电池组中某固定点温度变化曲线。 10.3 温度场设计方法-单体电池导热数学模型 10.3 温度场设计方法-热管理系统设计实现 按照传热介质，可将电池组热管理系统分为空冷、液冷和相变材料冷却三种。考虑到材料的研发以及制造成本等问题，目前最有效且最常用的散热系统是采用空气作为散热介质。 按照散热风道结构空冷系统又可分为串行通风方式和并行通风方式两种，如图10-35和图10-36所示。 10.3 温度场设计方法-热管理系统设计实现 按照传热介质，可将电池组热管理系统分为空冷、液冷和相变材料冷却三种。考虑到材料的研发以及制造成本等问题，目前最有效且最常用的散热系统是采用空气作为散热介质。 按照散热风道结构空冷系统又可分为串行通风方式和并行通风方式两种，如图10-35和图10-36所示。 10.3 温度场设计方法-热管理系统设计实现 图10-37、图10-38和图10-39为空气加热与散热主、被动结构示意图。 10.3 温度场设计方法-热管理系统设计实现 加热系统中，除了采用将热空气引入电池包中的方式外，还可以采用其他方式，如图10-40、图10-41、图10-42和图10-43所示（方形电池）。 10.3 温度场设计方法-热管理系统设计实现 加热系统中，除了采用将热空气引入电池包中的方式外，还可以采用其他方式，如图10-40、图10-41、图10-42和图10-43所示（方形电池）。 第10章 动力电池成组应用理论 10.1 动力电池一致性 10.2 动力电池组使用寿命10.3 温度场设计方法 10.1 动力电池一致性 电池一致性是指同一规格型号的单体电池组成电池组后，其电压、荷电量、容量及其衰退率、内阻及其变化率、寿命、温度影响、自放电率等参数存在一定的差别。不一致产生的原因有两个方面：① 在制造过程中，由于工艺上的问题