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1、锂/镍电池技术探讨>>>>混合动力汽车镍氢电池组通风结构优化分析■<上海交通大学机械与动力工程学院眭艳辉王文■<中国科学院上海微系统与信息技术研究所夏保佳娄豫皖阎永恒摘要：对混合动力汽车现有的镍氢电池组的通风结构进行了研究,分析了不同电池模块配置方式对电池组冷却空气流场和温度场分布的影响。在现有的顺排和叉排的基础上提出了梯形排列,采用ANSYSCFX软件对不同排列进行了数值模拟,结果表明,梯形排列方式可以较好地改善电池组温度分布的均匀性。最后,设计了梯形排列电池组样机,并进行了充放电和温度测量试验,验证了数值仿真的结果。关键词：混合动力汽车;镍氢电池;通风;
2、数值模拟前言验和数值模拟,分析了样机的性能。[1]混合动力车(HEV)是当今汽车节能环保的发展方向之一。镍氢电池因其高比能量、高比功率、高寿命、无污染等优势,已1.电池组通风结构[2]1.1电池模块排列方式经在HEV用动力蓄电池中得到了广泛应用。由于在充、放电过程中,电池本身会产生热量,导致温度上升,而镍氢电池对温常见的圆柱形电池组成的电池组是将数个电池单体串联度环境比较敏感,在作为大容量、高功率动力电池应用时尤其连接成一个电池模块,然后将电池模块按照既定间隔平行配置[7]明显,太高或太低的温度都会大大影响电池的充放电性能和很在电池箱内。电池模块排列方式可以
3、分为顺排和叉排两种,多特性参数,例如内阻、电压、SOC、可用容量、充放电效率如图1(a)和图1(b)所示。[3]和电池寿命。此外,温度分布不均匀也会影响电池组的充放电性能和寿命。因此必须使电池组工作在理想的温度范围,从而使其性能和循环寿命达到最优,并排除因热失控而引起的潜[4]在危险。一般说来,混合动力车用镍氢电池散热系统的目标是将电池的工作温度控制在0～40℃,模块间的温差在5℃以下。出于经济性的考虑和目前镍氢电池充放电产生的热负荷,图1电池模块排列方式对电池组通风是最简单可行的散热方式,同时通风还可以排出不管是顺排还是叉排都存在一个问题,即都是沿着空气流
4、镍氢电池工作过程中产生的氢气。良好的通风结构对风冷电池通的方向排列,如果忽略温度产生的影响,平均风速基本不变。组至关重要,可使电池组处于最佳温度范围内,并满足温度分布沿着空气流通方向,刚进入电池组的冷却风与电池表面进行对均匀性要求。目前国内外相关研究工作主要集中在通过设置引流换热,冷却了上游电池模块后自身温度上升,其冷却电池的能风装置、集流结构、调整挡板及电池的位置、改变电池倾斜角力下降,因而下游的电池温度会高于上游电池,导致电池组各处度和电池的间距、包覆保温层等方法,调整电池组局部结构来散热效果不一致,各个电池模块的温度分布不均。另外考虑到[5-6]电池箱
5、中间电池靠近出风口的电池的温度会偏高,这样导致整改善电池组温度分布均匀性,取得了较好的成效。文中分析了影响通风结构的主要因素,着眼于电池组的整个电池箱内的整体温度分布不均,从而对电池容量和电池使用体散热结构,通过对现有镍氢电池组通风结构进行优化分析,提寿命都会有影响。[8]出了梯形排列的概念,阐述了梯形排列用于电池组设计的优势,而在叉排基础上提出的梯形排列(见图1(c))则可以在一并通过ANSYSCFX软件进行数值模拟分析,比较了梯形排列和定程度上缓解上述温度场不均匀的问题,通过沿着气流方向逐常见的顺排与叉排结构。设计了梯形排列电池组样机,通过实渐减少电池数
6、目,使通道面积逐渐缩小,风速逐渐增大,换热系数50电池技术＜2010年05月刊技术探讨>>>>也随之增大。这样,虽然沿着流通方向冷却风的温度上升,但是6m/s,叉排电池组中的最高温度为54.5℃,从底层到顶层电池体,冷却风的速度加快,换热系数增大,平衡了上下游的散热效果,使即从进风侧到出风侧,沿着空气流通方向,温度越来越高,电池中电池组上下游的温度能基本控制在比较均匀的水平上。心最大温差为9℃。可以看出,叉排可以提高电池表面对流换热1.2不同通风结构数值模拟通过二维数值模拟分析,比较系数,对电池组的冷却效果要比顺排好。从图4可看出:梯形排列3种电池模块排列方
7、式下的通风结构产生的温度场情况。利用电池组中,冷却空气的流速从底层到上层,沿着流通方向逐渐增AN2SYSCFX软件,对不同通风结构的电池组1C充电的情况进大,换热系数也就随之增大,虽然冷却风在冷却电池的过程中,本行稳态分析。身的温度上升,散热能力下降,但从底层的5个电池模块到中间层模拟条件为:相邻电池模块的间隔为5mm,电池的发热功率的4个电池模块,再到上面的3个电池模块,冷却风对电池表面的3(1C充电条件下)为23.541kW/m,介质为空气,进风口均匀分布散热能力能够基本保持一致,整个温度场的分布均匀性非常好,在电池组底部,进出口空气压差设为50Pa,电
8、池箱外表面边界条电池组内最高温度为54.5℃,电池中
