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混合動力汽車?yán)鋮s鋰離子電池的空氣流動配置設(shè)計

混合動力汽車一般采用鋰離子電池，而汽車行業(yè)中最關(guān)鍵的問題是如何獲得高能量密度電池。在汽車電池布局受限的情況下，車輛的熱管理是非常重要的，而強(qiáng)制空氣冷卻是汽車行業(yè)的實際選擇。運(yùn)用理論研究和數(shù)值模擬對空氣冷卻式電池系統(tǒng)的氣流結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，以滿足所需的熱管理。采用熱阻模型進(jìn)行冷卻性能分析，典型的混合動力汽車電池系統(tǒng)包括堆疊的多個電池，其冷卻性能主要取決于冷卻劑通道內(nèi)氣流的均勻分布，消散電池產(chǎn)生的熱量。考慮空氣流動配置的局限，通過采用錐形管和卸壓通風(fēng)獲得所需的冷卻性能，空氣壓力減輕可使操作風(fēng)機(jī)的耗電量也得到改善。本研究為混合動力汽車、電動汽車和燃料電池電動汽車的電池冷卻系統(tǒng)提供了一個設(shè)計準(zhǔn)則。

混合動力汽車的電池系統(tǒng)由72個電池合成，可提供270V電壓和1400Wh的電能。在電池單元之間形成3mm的冷卻劑通道，電池單元以245W/m2散熱通量向外散熱（圖1），總共安裝36個電池單元，形成37個冷卻劑通道。電池系統(tǒng)的總尺寸是225mm× 191mm×191mm。進(jìn)口和出口歧管高20mm，冷卻劑通道的尺寸是3mm×65mm×151mm。

以下是混合動力汽車空氣冷卻系統(tǒng)設(shè)計的限制條件。

（1）熱設(shè)計規(guī)范：電池單元和進(jìn)氣口空氣之間的最大溫差低于20℃。

（2）空氣流量：最大流量是0.045m3/s。

（3）進(jìn)口和出口區(qū)域位于同一側(cè)。

（4）進(jìn)口和出口歧管的高度低于20mm。

（5）在功耗最低的條件下操作風(fēng)扇壓降應(yīng)該最小。

由于混合動力汽車電池系統(tǒng)的布局限制，因此進(jìn)口和出口都應(yīng)該位于同一側(cè)。冷卻劑通道內(nèi)空氣流量的分布直接影響電池系統(tǒng)的溫度，因此歧管的優(yōu)化設(shè)計很重要。5種流行設(shè)計如圖2（彎曲的箭頭表示氣流線）。I型有長方形的歧管；而II型和III型在垂直方向設(shè)計有錐形閥組（可在20～10mm范圍內(nèi)進(jìn)行線性擴(kuò)展或收縮）；IV型是考慮用于比較的；V型將矩形通風(fēng)孔加到III型的出口總管處。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2013年第239卷

作者：Heesung Park

編譯：趙喚