【《锂离子电池堆放电倍率案例探究报告》2500字】

锂离子电池堆放电倍率案例探究报告目录TOC\o"1-3"\h\u1761锂离子电池堆放电倍率案例探究报告 175081电池间距 2136232电池堆不同放电倍率 4301513进口流速 6探索了单个锂离子电池后，对由18个串联冷却的方形锂离子电池组成的锂离子电池组进行了3D热建模。锂离子电池组的几何形状如图3.5所示。每个锂离子电池单元具有正极和负极接线片，并且这些接线片与母线电连接。为研究电池组的的热效应，以下分别从电池组的单电池间距、电池组的放电倍率和外界冷却流体的进口流速三个方面来研究。图3.52mm间距电池组的模型图1电池间距随着电动汽车的不断发展，技术逐渐成熟，人们也对汽车的舒适性提出了更高的要求。在电动汽车的内部构造中，作为动力来源的电池组无疑是核心。减小电池组，汽车的设计就能更加轻量化，用户能有更多的使用空间，但可能会对电动汽车的续航以及散热有一定的影响；增大电池组空间则会降低可使用空间，却可以提高电动汽车的续航能力。如何平衡电动汽车的空间和性能，达到最优的设计，以让用户获得最佳的使用体验，需要从电池组着手。电池间距同时影响着电动汽车的性能和使用空间，是需要研究的首要问题。为研究电池间距对电池组热响应的影响，分别对单电池间距2mm和6mm的电池组进行仿真实验。图3.6是2mm间距电池组在3C放电下，从开始放电到完全放电的温度分布图3..7是6mm间距电池组在3C放电下，从开始放电到完全放电的温度分布图。对两个电池组的温度分布图进行比较，无法直观的得到哪个间距的电池组散热更好的结论，但两者的温度变化趋势有一些不同。观察图3.6，电池组右边的单电池温度普遍高于左边，温度传递是一个渐进的过程，传递的比较慢图上直观的显示就是从左到右，颜色从代表低温的蓝色过渡到代表高温的橙色，但是即便在放完电时，右边始终是电池组内温度最高处。观察图2，温度同样是渐进的，从右向左递减，但是从单电池的温度状态来看，在同一个时间，其温度传递的范围更广，即电池组内单电池的温度变化较快。当放电完毕时，右侧不再是电池组内温度最高处，温度最高处跑到了电池组中间，图上直观的显示就是代表高温的橙色出现在电池组中间的位置。出现这种情况的原因可能是，对于6mm间距的电池组，流体流过电池组中，会有更多的散热空间，因此热量能够更好的传递，从而使得电池组的热量更加均匀。对于2mm间距的电池组，因为空间不足，故而流体会很快的经过，不能更加充分的吸收热量，电池组内温度就不那么均匀。为了验证这个结论，分别记录了两个电池组冷却流体的压降。2mm间距电池组压降为131.795Pa，6mm间距电池组压降为129.946Pa，显然2mm间距电池组的压降更大，验证了上述猜想。图3.62mm间距电池组在3C放电下的温度变化图图3.76mm间距电池组在3C放电下的温度变化图从电池组温度分布图中无法准确比较2mm和6mm间距电池组谁的散热更加好，于是通过对数据后处理得到图3.8，即1C，2C，3C倍率下，2mm和6mm间距电池组的最大温度图。从图中可以看出，虽然6mm的电池间距会带来更大的散热空间，流动过的空气量也更大，但是从实际模拟的结果来看，6mm间距电池堆的最高温度反而略高于2mm间距的，可见，2mm间距电池组在实际散热中要强于6mm间距的电池组，电池组内电池的间距并不是越大越好。图3.81C，2C，3C倍率下，2mm和6mm间距电池组的最大温度图此外，从空间利用率来说，对于一个6mm间距的电池堆，其空间利用率为：7.1对于一个2mm间距的电池堆，其空间利用率为：7.1显然2mm间距不仅在最高温度的控制上要强于6mm间距电池组，而且空间利用率更高，能够节省空间，减轻整车的质量，可以给用户带来更好的使用体验，各方面都要优于6mm间距的电池组。2电池堆不同放电倍率经过上文的模拟，得到6mm间距的电池堆实际使用上不如2mm间距的电池组，故而选择2mm间距的电池堆比较不同放电倍率的热效应。首先，根据模拟软件得到的数据，在1C倍率下，经过3240s完全放电，最高温度309K，最低温度300.8K，最大温差8.2K；在3C倍率下，经过1100s完全放电，最高温度357.6K，最低温度306.3K，最大温差50.7K；在5C倍率下，经过636s完全放电，最高温度408.4K，最低温度314.8K，最大温差93.6K。对比单电池，电池组在相同放电倍率下的最大温差明显提升，原因是充放电过程是一个持续的过程而不是瞬态的过程，所以电池组内同一时间每个单电池的状态可能是单电池在一个过程中不同的时间节点的状态。下图是3C放电下，电池组完全放电时的温度分布图，从中可以看出电池组内单电池的温度差距很大，也可以验证这个结论。图3.93C放电下，电池组完全放电时的温度分布图该电池堆在1C、3C、5C放电倍率下的最高温度如图3.10所示。图3.101C、3C、5C放电倍率下的最高温度和单电池不同被率放电的结果类似，随着放电倍率的提升，电池组内的最大温度有明显的提升，1C放电下最高温度只有40℃左右，而在5C放电下，最高温度已经超过了130℃。此外，观察曲线终点即电池放电完毕时，在1C放电下，大致在横轴电池容量95以上的位置截止，而在5C放电下，在不到90的位置接截止了，可以得到在较低的倍率下，电池的电量可以更完全的放出来，而高倍率放电下，电池内则可能会残余一定的电量。3进口流速对于一个空气冷却的锂离子电池组，空气的进口流速显然是一个不容忽视的因素。为使研究结果能尽可能的清晰明白，使用5C的放电倍率（高放电倍率下电池组内部生热见多，温差大），在模拟中设置了三个不同的进口流速，当时进口流速V=10m/s时，电池组最高温度403.2K，最低温度312.8K，最大温差90.4K；当V=20m/s时，电池组最高温度395.8K，最低温度307.7K，最大温差88.1K；当V=30m/s时，最高温度390.3K，最低温度305.5K，最大温差84.8K。从这三组数据可以看出，随电池组进口空气流速的增大，电池组内的最高温度、最低温度和最大温差都有一定的下降，风速对电池组的冷却效果较为明显。图3.11是5C放电下三种进口流速下电池组最终的温度图，从图上也可以直观的的得出进口流速越大，电池组冷却效果越好的结论。图3.115C放电下10m/s、20m/s、30m/s进口流速的电池组最终的温度图图3.12