acfd的混合动力车用镍氢电池散热系统研究

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1、万方数据2009年(第3l卷)第3期汽车工程AutomotiveEngineering2009044基于CFD的混合动力车用镍氢电池散热系统研究术杨亚联，张昕，李隆键，胡明辉(重庆大学，机械传动国家重点实验室，重庆400044)[摘要]通过镍氢电池产热模型、热交换模型、三维CFD模型和边界条件的建立，分析和预测了镍氢电池散热结构的流场状态和温度场，分析了温度场不均匀的影响因素，并通过仿真计算和结构优化，提出了一种性能良好的镍氢电池散热结构方案。关键词：温度场；镍氢电池；散热结构；CFDAStudyontheCoolingSy

2、stemofNi／MHBatteriesforHybridElectricVehicleBasedonCFDAnalysisYanYalian，ZhangXin，LiLongjian&HuManghuiChongqingUn如ersity，StateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission，Chongqing400044[Abstract]Theheat—generationmodel，heat—exchangemodeland3Dcomputationalfluiddynamics(CFD

3、)modelforNi／MHbatteriesareestablishedwithboundaryconditionsdefined．Thentheflowfieldandtemperaturefieldofcoolingstructureareanalyzedandpredictedwiththefactorsaffectingtheunevennessoftemperaturefielddiscussed．Finallythroughthesimulationandstructuraloptimization，acool

4、ingstructureschemeofNi／MHbatterieswithgoodperformanceisproposed．Keywords：temperaturefield；Ni-MHbattery；coolingstructure；CFD日lJ舌电池作为混合动力汽车(HEV)中的能量均衡装置，对整车性能有着重要的影响，目前，镍氢电池以其比能量高、比功率高、寿命长和少污染等综合优势，已成为HEV用蓄电池的主流。由于HEV车用镍氢动力电池其充放电过程是典型的化学反应过程，如不及时散热，其伴生的反应热很容易引起电池组内的热

5、量累积，如果散热不均匀，更会造成电池组内相当大的温差。电池组温度场不均匀，将造成各电池模块、各单体电池性能的不均衡，最终严重影响电池的使用性能和可靠性。电池散热结构的设计对于保障镍氢电池的长期正常使用是十分必要的。采用CFD模型来预测镍氢电池散热结构的流场状态和温度场，并结合试验，验证镍氢电池散热结构的性能，对于提高HEV镍氢动力电池组散热结构的设计效率和产业化开发具有重要的意义⋯。1镍氢电池的产热模型镍氢电池由镍氢化合物正电极、储氢合金负电极以及碱性电解液组成。电池内部存在着的反应为窬由M+Ni(oH)2≤恚争NiOOH+

6、MH+△H(1)肚世式中M为储氢合金，MH为吸附了氢原子的储氢合金。电池长期过热将会降低电池的容量和充放电效率，导致电池的自放电率增大，隔膜和密封件等的性能恶化，从而加速镍电极和储氢电极的恶化，严重情况下可能会出现热失控。因此必须采取措施来最大限度地减少电池在使用过程中的热量累积，通过仿％国家电动汽车重大专项(2006AAlIAl07)、国家自然科学基金(50305037)和重庆市自然科学基金(2006BB3195)资助。原稿收到日期为2008年4月15日，修改稿收到日期为2008年7月22日。万方数据2009(V01．31

7、)No．3杨亚联，等：基于CFD的混合动力车用镍氢电池散热系统研究·215·真优化结合试验，提高对电池组的热量控制技术从而保证电池组使用的可靠性和稳定性。热量的计算对计算机建模仿真很重要。美国再生能源实验室通过仪器测得各种充放电条件下的生热量。结合理论和实验，可以从电化学的角度计算生热量心]，也可通过在电池内部布置热电偶测得内部温度【3]，从温度的角度计算。另外，还有结合等价电路和热力学的方法MJ，结合电化学能和热力学的方法确定生热量”]。文献[6]利用镍氢电池电化学反应原理分析了镍氢电池的生热量。根据电化学反应中电子迁移个

8、数与反应生热量之间的关系进行推导。作者采用了最后一种应用比较广泛的算法。镍氢电池的生热因素主要有：电池化学反应生热、电池极化生热、过充电副反应生热、内阻焦耳热。电池的充电过程分为2个阶段。在没有发生充电副反应之前为第1阶段，生热量主要来自电化学反应热、电化学极化热、电池内阻焦耳热，即Q。h