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汽车电池散热CFD解决方案(三)

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发表于 2013-9-11 14:37:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
3.2 电池温度场计算
在确定了电池的生热量后,需要确定电池的物性参数,包括电池比热容和热导率,之后需要确定电池的冷却方式和散热结构。
传热介质的选择
传热介质的选择对电池组工作温度有很大影响。按照传热介质分类,电池组冷却系统可分为空冷、液冷及相变材料冷却3种方式。空气冷却是最简单方式,只需让空气流过电池表面。液体冷却分为直接接触和非直接接触两种方式。矿物油可作为直接接触传热介质,水或者防冻液可作为典型的非直接接触传热介质。液冷必须通过水套等换热设施才能对电池进行冷却,这在一定程度上降低了换热效率。电池壁面和流体介质之间的换热率与流体流动的形态、流速、流体密度和流体热传导率等因素相关。
空冷方式的主要优点有:(1)结构简单,重量相对较小;(2)没有发生漏液的可能;(3)有害气体产生时能有效通风;(4)成本较低。缺点在于其与电池壁面之间换热系数低,冷却、加热速度慢。
液冷方式的主要优点有:(1)与电池壁面之间换热系数高,冷却、加热速度快;(2)体积较小。主要缺点有:存在漏液的可能;重量相对较大;维修和保养复杂;需要水套、换热器等部件,结构相对复杂。
散热结构的选择
电池箱内不同电池模块之间的温度差异,会加剧电池内阻和容量的不一致性,如果长时间积累,会造成部分电池过充电或者过放电,进而影响电池的寿命与性能,并造成安全隐患。电池箱内电池模块的温度差异与电池组布置有很大关系,一般情况下,中间位置的电池容易积累热量,边缘的电池散热条件要好些。所以在进行电池组结构布置和散热设计时,要尽量保证电池组散热的均匀性。以空冷散热为例来,通风方式一般有串行和并行两种,如图7和图8所示。

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图7串行通风示意图


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图8并行通风示意图

图7所示串行通风方式下,冷空气从左侧吹人从右侧吹出。空气在流动过程中不断地被加热,所以右侧的冷却效果比左侧要差,电池箱内电池组温度从左到右依次升高。第一代丰田Prius和本田Insight都采取了串行通风方式。
图8所示,并行通风方式使得空气流量在电池模块间更均匀地分布。并行通风方式需要对进排气通道,电池布置位置进行很好地设计。丰田新Prius采用的就是并行通风结构,其楔形的进排气通道使得不同模块间缝隙上下的压力差基本保持一致,确保了吹过不同电池模块的空气流量的一致性,从而保证了电池组温度场分布的一致性。
从提高电池组工作性能角度来看,并行通风方式优于串行通风方式,在热管理系统中更为常用。
4. 某HEV电池组热分析案列
混合动力汽车的性能受制于电池组的性能,而电池组的性能与温度密切相关。混合动力汽车用镍氢电池散热系统的目标为:将电池的工作温度控制在其最佳范围20 ℃~40 ℃,模块间的温差在5 ℃以下。
CFD解决方案
重点考虑电池包风道的不同布置,对电池包散热系统的影响。同侧风道方案是指电池模组顺序排列配置在电池箱体内,外部进入的冷却气流从电池包一侧进入,通过内部风道进入电池模组之间的缝隙,最后在与进风道同侧位置的出风道处将气体排出。异侧风道方案是指电池模组顺序排列配置在电池箱体内,外部进入的冷却气流从电池包一侧,通过内部风道进入电池模组之间的缝隙,最后在与进风道相反方向位置的出风道处将气体排出。

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电池组示意图


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同侧风道方案


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异侧风道方案
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发表于 2020-3-2 21:01:23 | 显示全部楼层
楼主辛苦了!
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发表于 2020-6-19 17:55:49 | 显示全部楼层
好资料  实战经验意义重大
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发表于 2021-6-17 15:04:44 | 显示全部楼层
SW机械工程师网,找到组织了!
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