新能源汽车电池热系统讲课教案

新能源汽车(qìchē)

电池热管理系统第一页，共29页。内容1.电池热管理系统研究(yánjiū)的意义及现状3.单体电池研究(yánjiū)基础2.电池热管理研究工作(gōngzuò)基础第二页，共29页。1.电池热管理系统研究的意义(yìyì)及现状动力电池的成本、性能、寿命在很大程度上决定了HEV的成本和可靠性；电池的温度和温度场的均匀性对蓄电池的性能和寿命有很大的影响。因此：进行电池散热结构的优化设计(shèjì)与散热性能的预测，对提高混合动力汽车及动力电池的成熟度和可靠性具有重要的现实意义。第三页，共29页。1.电池热管理系统研究的意义(yìyì)及现状美国NREL与开发商、制造商、DOE以及USABC合作，一直在进行蓄电池热管理系统的研究，在世界此方面(fāngmiàn)的研究中处于领先水平。第四页，共29页。1.电池热管理系统研究(yánjiū)的意义及现状我国春兰、长安、重庆大学、清华大学、上海交通大学在国家863等专项的支持下，开展(kāizhǎn)了电池热管理系统的研究。第五页，共29页。2.重大前期电池热管理研究(yánjiū)工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车热管理系统原始方案整车实验验证原始模型的CFD仿真分析

A样电池包优化方案

B样电池包优化方案第六页，共29页。2.重大(zhòngdà)前期电池热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车热管理系统原始方案整车实验验证试验在长安公司试验环境舱中进行，按双方设定循环工况试验，试验发现电池组温度分布严重不均衡。第七页，共29页。2.重大前期电池热管理研究(yánjiū)工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车原始模型的CFD仿真分析在极限工况发热功率为1750W时，最高温度和最低温度温差约33℃，变工况最大温差为17.2℃，远大于温差在5℃内的要求。第八页，共29页。2.重大(zhòngdà)前期电池热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车

A样电池包优化方案一（改变倾斜角度和电池的间距）

取上下层电池倾斜角度为3.5度，两排电池的距离为30mm；极限工况最大温差为9.5℃;变工况的温差为14.3℃第九页，共29页。2.重大前期(qiánqī)电池热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车

A样电池包优化方案二（电池位置不动，添加挡板）

电池的位置不动，通过增加圆弧形的导流板、长条形的引流板以及菱形的引流板，减少了前部电池的热交换面积，为后部电池增加了冷却风量，极限工况温差11.6℃。变工况温差5.83℃。第十页，共29页。2.重大前期电池热管理(guǎnlǐ)研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车

A样电池包优化方案三（给电池包热阻）通过在电池表面增加不同厚度热阻，改变了电池和空气换热热阻，电池组的温度均匀性有了很大的改善。在极限工况温差5.7℃，变工况温差2.83℃。第十一页，共29页。长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车(kèchē)

B样电池包优化方案2.重大前期电池热管理研究工作基础通过在不同压差下仿真分析，得出管路特性曲线，然后与风机特性曲线求交点，以确定风机的工作点。第十二页，共29页。长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车(kèchē)正在以上述电流数值为边界条件进行瞬态仿真分析。第十三页，共29页。2.重大前期(qiánqī)电池热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车

中混原始模型的CFD仿真分析中混优化方案一CFD分析结果中混优化方案二CFD分析结果中混外围冷却系统CFD仿真分析及实验验证中混圆形电池热管理系统整车实验验证中混圆形电池瞬态仿真分析及实验验证

强混项目简介第十四页，共29页。2.重大前期(qiánqī)电池热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车

原始模型的CFD仿真分析CFD分析时取入口空气的初始温度35℃，电池发热功率为650W,入口空气流量为140m3/h。仿真结果为：最高温度76.08℃，最低温度51.48℃，温差为24.6℃，出口空气温度49.5℃。第十五页，共29页。2.重大(zhòngdà)前期电池热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车优化方案一CFD分析结果CFD分析时取入口空气的初始温度35℃，电池发热功率为650W,入口空气流量为140m3/h。仿真结果为：最高温度60.03℃，最低温度50.85℃，温差为9.5℃。第十六页，共29页。2.重大前期电池热管理(guǎnlǐ)研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车优化方案二CFD分析结果CFD分析时取入口空气的初始温度35℃，电池发热功率为650W,入口空气流量为140m3/h。仿真结果为：电池壳体表面最高温度53.457℃，最低温度49.423℃，温差为4.03℃。进出口压力损失为142.2Pa，出口空气温度为46.12℃。各单个模块的不均匀性，除了进风口第一排的三个电池迎风面和背风面的温差在6℃，其他各模块的均匀性均在5℃以内。第十七页，共29页。2.重大前期电池热管理(guǎnlǐ)研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车外围冷却系统CFD仿真分析及实验验证DC/DC内部半导体元器件温度上限为75度，IPU温度上限为85度，计算结果所得到的DC/DC温度值已经超过了上限。优化方案的CFD分析结果中IPU和DC/DC评估点处的温度分别为65.4℃和67.7℃，低于许用温度值，满足散热性能要求由CFD仿真及实验可以看出，此方案设计合理。第十八页，共29页。2.重大前期电池热管理(guǎnlǐ)研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车圆形电池热管理系统整车实验验证对CV8圆形电池进行了五种工况的实验，分别是：

6%爬坡、10%爬坡、城市堵车、高速、急加速急减速。

数据处理时温度已补偿，均取各个工况的温度和温差来比较，经验证CV8圆形电池优化方案二满足要求。第十九页，共29页。2.重大前期(qiánqī)电池热管理研究工作基础中混圆形电池瞬态仿真(fǎnɡzhēn)分析及实验验证长安(chánɡān)杰勋长安志翔恒通客车电池模块最高温度不超过48℃，模块间最大温差不超过3℃，散热强度和散热均衡性良好。表明电池组在生、散热方面满足了混合动力电动汽车对动力电池的使用要求。第二十页，共29页。长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车(kèchē)强混项目简介先对电池包进行流场分析，确定DC/DC、上下层电池组的流量分配，为下一步温度场分析打下基础。由于此项目将于年底验收，故分析结果及优化结构不能给出。2.重大前期电池热管理研究工作基础第二十一页，共29页。2.重大前期(qiánqī)电池热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车原始方案CFD仿真分析

优化方案一

优化方案二

优化方案三第二十二页，共29页。2.重大前期电池(diànchí)热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车原始方案CFD仿真分析

取进口流量1400m3/h,I=150A，则发热功率为16.28KW。由仿真结果可以看出，此结构的最高温度达115℃，最大温差达30℃，电池组温度分布严重不均匀。第二十三页，共29页。2.重大前期电池热管理(guǎnlǐ)研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车优化方案一取进口流量1200m3/h,I=150A，则发热功率为16.28KW。由仿真结果可以看出，最高温度已降到105℃，最大温差为15℃。第二十四页，共29页。2.重大前期电池热管理研究工作(gōngzuò)基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车优化方案二出风进风

取总进口流量3200m3/h,I=100A，则时发热功率为7.255KW。进风口处电池温度高达65℃

，出风口处温度为39℃

，前后温差较大。第二十五页，共29页。2.重大前期电池(diànchí)热管理研究工作基础长安(chánɡān)杰勋长安(chánɡān)志翔恒通客车优化方案三出风口进风口进风口出风口出风口

取总进口流量3200m3/h,I=100A，则发热功率为7.255KW。进风口处电池温度49℃，出风口处电池温度43℃，温差为6℃左右。第二十六页，共29页。3.单体电池研究(yánjiū)基础研究目的该项目通过测量电池单体在多种工况下表面温度场的变化，并将其与电池温度场数值分析结果进行对比，希望能够获得一种简化并可靠的电池内部温度场数值分析方法。通过该项目，一方面对长安目前采用的多种电池进行评价，包括电池效率、放热及材料一致性以及温度对电池寿命的影响(yǐngxiǎng)等性能；另一方面，建立起可用于工程项目的单体电池温度场分析模型，提高电池箱开发的成功率。实验(shíyàn)设备重大自主研发的温度采集器T型康铜传感器红外摄像仪