葛哲

摘要：提出了調(diào)整電池包進(jìn)出口通道大小和位置的方法，用來改善電池組的散熱性能。結(jié)果顯示，進(jìn)出口通道大小縮小至原始模型進(jìn)出口通道的0.5倍時(shí)，電池組的散熱效果最好。然后平移進(jìn)出口通道，得到通道平移2.5mm有最好的散熱效果。該進(jìn)出口通道設(shè)計(jì)為電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)提供了新的優(yōu)化方案。

Abstract： A method to adjust the size and position of the inlet and outlet channel of battery pack is proposed to improve the heat dissipation performance of battery pack.The results showed that the heat dissipation of the battery pack was best when the size of the inlet and outlet channel was reduced to 0.5 times that of the original model.Then translate the import and export channel， get channel translation 2.5mm has the best heat dissipation effect.The design of the inlet and outlet channel provides a new optimization scheme for the battery thermal management system.

關(guān)鍵詞：電池?zé)峁芾?空氣冷卻;進(jìn)出口通道設(shè)計(jì);數(shù)值仿真

Key words： battery thermal management;air cooling;inlet and outlet channel design;numerical simulation

中圖分類號(hào)：TM914.4;TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2020）20-0021-02

0? 引言

近年來隨著全球范圍內(nèi)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，發(fā)展新能源汽車成為解決問題的重要舉措[1]。電池充放電會(huì)釋放熱量，而過高的熱量會(huì)影響電池的使用壽命，甚至發(fā)生爆炸[2]。為了使鋰離子電池具有較優(yōu)的工作環(huán)境，需要將電池組溫度控制在20℃到40℃之間，最大溫差不超過5℃[3]。本文從進(jìn)出口通道設(shè)計(jì)方面入手，找到具有較優(yōu)的散熱方案。

1? 模型描述

本文所研究的電池包模型的尺寸為260×26×73 mm，電池與電池間距和電池與箱壁的間距均為4mm，圖1鋰電池組是由1×8縱向排列的8個(gè)18650電池組成，模擬時(shí)選取的環(huán)境溫度為25℃，風(fēng)量恒定為1.898m3/s，表1顯示的是電池主要參數(shù)。電池發(fā)熱強(qiáng)度是74163W/m3[4]。

1.1 改變進(jìn)出口通道的大小

在電池包進(jìn)出口處向電池包內(nèi)延伸40mm，作為進(jìn)出口通道，如圖2顯示，按箭頭方向移動(dòng)進(jìn)口處板1和出口處板2，從而達(dá)到收縮進(jìn)出口的目的，本文縮減的進(jìn)出口大小依次設(shè)置為原始模型進(jìn)出口大小的0.5倍、0.25倍、0.125倍。

1.2 移動(dòng)進(jìn)出口通道的位置

在以上研究中的最優(yōu)進(jìn)出口大小的基礎(chǔ)上，分別將進(jìn)出口通道相向移動(dòng)相同的距離，進(jìn)出口通道移動(dòng)的方向如圖3顯示，研究進(jìn)出口通道移動(dòng)距離對(duì)電池組最高溫度，最大溫差，平均溫度及壓降的影響。移動(dòng)距離選取1.5mm、2.5mm、3.5mm、4.5mm、5.5mm、6.5mm。

2? 仿真分析

2.1 邊界條件

本文研究的模型包括冷卻空氣部分的流體區(qū)和電池部分的固體區(qū)，分別采用速度入口和壓力出口作為入口條件和出口條件，環(huán)境溫度為25℃，動(dòng)量和能量方程采用二階迎風(fēng)格式離散。

2.2 改變進(jìn)出口通道大小的熱分析

如圖4，圖5顯示，當(dāng)進(jìn)出口通道相對(duì)原始模型進(jìn)出口通道的倍數(shù)較小時(shí)，電池組的最高溫度與最大溫差均較低，平均溫度較小，壓降越大。而當(dāng)進(jìn)出口相對(duì)于原始模型進(jìn)出口0.5倍時(shí)，此時(shí)壓降大小為21.14Pa，壓降相對(duì)于原始模型增加了6.69Pa，而最高溫度降低了1.12℃（3.36%），最大溫差減小了0.28℃（5.41%），平均溫度降低了1.09℃（3.19%）。當(dāng)進(jìn)出口通道大小相對(duì)于原始模型進(jìn)出口通道的0.5倍，能取得較優(yōu)的散熱效果。

2.3 移動(dòng)進(jìn)出口通道的熱分析

圖6、圖7顯示的是進(jìn)出口通道平移不同的距離，電池組對(duì)應(yīng)的最高溫度，最大溫差以及平均溫度和壓降，如圖6，圖7所示，當(dāng)進(jìn)出口通道的移動(dòng)距離為2.5mm時(shí)，此時(shí)電池組的最高溫度和最大溫差最小。電池組的平均溫度達(dá)到最低，壓降略有升高，此時(shí)電池組的壓降為21.32Pa，與原始模型相比較，電池組壓降增大了6.87Pa，在可接受的范圍內(nèi)，而電池組的最高溫度降低了2.79℃（7.75%），最大溫差減小了1.16℃（22.35%），最大溫差降低了2.4℃（7.01%）。

3? 結(jié)論

本文對(duì)電池包的進(jìn)出口通道進(jìn)行調(diào)整，通過縮減進(jìn)出口通道的大小以及移動(dòng)進(jìn)出口通道位置的方法，達(dá)到改善電池組散熱性能的作用。通過得到的數(shù)據(jù)對(duì)比，證實(shí)本方法的有效性和可行性。結(jié)果表明：①當(dāng)進(jìn)出口通道大小相當(dāng)于原始模型中進(jìn)出口通道大小的0.5倍時(shí)，與原始模型相比，此時(shí)電池組的最高溫度降低了1.12℃（3.36%），最大溫差減小了0.28℃（5.41%），平均溫度降低了1.09℃（3.19%）。②在進(jìn)出口通道大小為原始模型進(jìn)出口通道0.5倍的基礎(chǔ)上，當(dāng)平移距離為2.5mm時(shí)，此時(shí)電池組的具有較優(yōu)的散熱性能，與原始模型相比，此時(shí)電池組的最高溫度降低了2.79℃（7.75%），最大溫差減小了1.16℃（22.35%），最大溫差降低了2.4℃（7.01%）。

參考文獻(xiàn)：

[1]談秋宏.電動(dòng)汽車用鋰離子電池的熱特性研究[D].北京交通大學(xué)，2018.

[2]楊勇.18650鋰離子電池產(chǎn)熱模型及運(yùn)用研究[D].重慶大學(xué)，2018.

[3]X.F. Lin， H. Fu， H.E. Perez， J.B. Siege， A.G.? ?Stefanopoulou， Y. Ding， Parameterization and observability analysis of scalable battery clusters for onboard thermal management， Oil Gas Sci. Technol. Revue d’IFP Energies Nouvelles 68 （2013） 165-178.

[4]Yuqi Huang， Yiji Lu， Rui Huang， et al. Study on the thermal interaction and heat dissipation of cylindrical Lithium-Ion Battery cells. 2017， 142：4029-4036.

[5]Sihui Hong， Xinqiang Zhang， Kai Chen， et al. Design of flow configuration for parallel air-cooled battery thermal management system with secondary vent. 2018， 116：1204-1212.