電池組散熱結構優化探析

孫建

摘 ? 要：隨著環境的污染以及能源緊缺等問題的不斷加劇，電動汽車的發展，憑借零排放與低能耗得到社會與政府部門的大力支持。但是動力電池作為電動汽車的關鍵部件，其溫度會對電池性能及安全有著直接的影響。因此，本文就電動汽車鋰離子電池組散熱結構優化進行分析，具體到風冷散熱系統的設計，可以滿足其結構優化的要求。希望通過本文對電動汽車鋰離子電池組散熱結構優化的有效分析，能夠對今后研究鋰離子電池的散熱能力有一定的幫助作用，利用結構的優化，滿足電動汽車的可持續發展。

關鍵詞：電動汽車 ?鋰離子電池組 ?散熱

中圖分類號：U469.72 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0092-02

作為電動汽車的能量源，鋰離子電池組本身的平均輸出電壓高和能量密度大等優點，從而在電動汽車領域之中得到廣泛的應用。但是考慮到在充放電過程中，電池組的大電流、惡劣環境、空間結構等導致溫度分布不均勻、溫升急劇較高，造成電池組壽命降低和性能衰減，為了減少電池組內部溫度不均勻性以保證在最佳環境溫度下工作，需開發出更為合理地散熱結構。

1 ?電池散熱理論

所謂電池散熱，實際上就是在工作時，將電池產生的熱量直接傳遞到相鄰的介質中去，或者是基于相鄰介質直接傳遞到不相鄰介質或者是外界環境當中去。其電池散熱好壞會對電池內部溫度場分布產生直接的影響，當電池散熱性能優時，保證其電池溫度升高不會超過其正常工作的溫度上限;散熱保證電池組內部溫度相對均勻。所以，電池組熱管理系統不僅可以更快的傳遞電池熱量，同時也能夠有效解決電池組熱均勻性問題[1]。

2 ?鋰離子電池組風冷散熱系統分析

鋰離子電池組散熱系統分析，本章節主要是以風冷散熱系統之中的電池間距布置形式來進行闡述，以達到其合理散熱結構的優化設計要求。

2.1 鋰離子電池組風冷散熱系統設計

對于選定的單體電池，基于內阻從小到大的順序來進行編號。對于各個電池之間，利用串聯的方式將其連接，并且實現均勻的安裝，電池之間的間距為6mm。之后，在電池箱中實現電池連同支架一并來進行安裝，其整體的結構為230mm×73mm×175mm，其箱板的厚度為2mm。201系列不銹鋼材料的電池箱體和支架。

2.2 電池組風冷散熱結構優化設計——基于電池間距布置形式的影響

基于仿真分析，針對電池組風冷散熱結構的優化進行設計。通過具體的分析，電池利用等間距的布置，其貼近于空氣進出口一側的空氣流道中的空氣流量偏多，空氣本身的流速較大。但是因為熱阻和流阻的影響，這樣就會導致遠離空氣進出口一側的空氣流道內流速逐漸的降低。這樣就可能導致遠離空氣進出口一側電池最高溫度偏高，出現較大的溫差。為了能夠提升電池組本身的溫度均勻性，針對電池組的風浪散熱結構就應該進行合理的優化設計，這樣才能夠分析強制風冷散熱下的電池組溫度場以及對應的流場變化情況。在針對電池組風冷散熱效果的結構因素分析中，基于電池間距的布置形式為主，基于單因素變量分析法，獲取其單因素的變量值，然后利用對應的設計，這樣就可以滿足優化的具體要求。

在研究電池間距大小對于流速、電池溫度與溫差帶來的影響，基于進風角度與出風角度不變的前提下，也就是要求進風區末端的尺寸A為20mm，出風區B為20mm，其公差值C選擇0mm、0.2mm、0.5mm、0.8mm，并且建立對應的仿真模型。在分析之中以公差值0.5mm為例，在具體的空氣流道中，其實際的間距選取8.5mm、8mm、7.5mm、7mm、6.5mm、6mm、5.5mm、5mm、4.5mm、4mm、3.5mm。針對不同公差值的電池間距模型，獲取溫度場云圖。不難看出，公差值的增大，其電池組的最高溫度在實際區域中的變化趨勢和出風口角度產生的影響趨勢是相同的，其最高的溫度位置則是從遠離進出風口的電池逐漸朝著貼近于出風口電池出現轉移。在確定0.5mm的公差值C的時候，其電池組本身的溫度場分布是最為均勻的，其空氣流速對應的變化見圖1所示。隨著C的增大，在1-5號流動中，其間距在不斷的變大，會持續的增加流入的空氣流量;6-11號流動中，其電池間距則會逐漸的減小，從而降低空氣流速。并且在這一數值下，因為各個流道的流速能夠保持良好的均勻性，其具體的平均流速為1.02m/s[2]。

針對公差值C和電池組最高溫度的關系曲線。其電池組的強制風冷散熱效果不會隨著公差值C呈現出線性的變化。在選擇0.5mm這一個數值中，其最高溫度和溫差都能夠處于一個相對較小的數值，其最高溫度——34.70℃（307.85K），而溫差4.69℃（4.69K），保證了電池組不會過溫及溫度分布的均勻性。

基于單因素變化來進行仿真研究其電池間距布置形式對于風冷散熱效果的影響。經過其結果表明局域電池間距布置形式，保證到電池之間的流道空氣流量可以實現更加均勻的分配，這樣就可以將電池組的風冷散熱效果提上去[3]。

3 ?結語

總而言之，對于電動汽車鋰子電池組散熱結構分析，并提出改善電池組散熱效果的優化措施，并對優化模型進仿真分析，使得電池組溫度場均勻性得以提高，進一步保證到電池組使用壽命及性能，提高電動汽車的整車性，可靠性和安全性。本文用到動力電池組結構是基于原有車體結構基礎上，優化散熱結構調整電池間距，運用仿真技術對于鋰離子電池組散熱秕進模擬，結果表明優化措施能較好的提高電池組溫度場分布均勻性，確保在電動汽在行駛過程中鋰子電池組具有高效的使用熱性能。

參考文獻

[1] 趙韓，方雄燦.電動汽車鋰離子動力電池組溫度場仿真及散熱結構優化[J].合肥工業大學學報：自然科學版，2018（3）：289-293.

[2] 張良.純電動汽車鋰離子電池的熱分析及散熱結構設計[D].江蘇大學，2017.

[3] 陳偉.動力鋰離子電池組雙介質耦合散熱研究[D].長安大學，2017.