磷酸铁锂电池包温度分布特性仿真方法研究及热管理系统设计

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1、摘要虽然磷酸铁锂动力电池在电动车用领域得到了大量应用，但在其实际应用过程中仍然存在一些问题。为了使磷酸铁锂动力电池包工作在合理的温度范围内，并且保持电池温度分布的均匀性，保证电池能够适应纯电动汽车的实际运行模式，因此必须对电池包进行热管理，但是在设计或优化电池包热管理系统之前，必须首先确定电池的温度分布特性。首先，本文介绍了电动汽车的发展概况和发展制约因素，分析了电动汽车用锂离子电池的温度特性，介绍了电动汽车动力储能系统电池包及其热管理系统等相关知识。接着，基于ANSYS12．0Workbench软件，采用理论分析与计算机仿真

2、相结合的方法，重点提出了一种详细的、清晰的、用于求解电池温度分布特性的仿真计算方法，包括仿真计算理论依据和详细的仿真计算过程。然后，分别就不同冷却条件下，对电池单体、不考虑空气间隙的电池模块、考虑空气间隙的电池模块及考虑空气间隙的电池包进行三维建模，网格划分和模拟计算，得出了它们在lC充、放电倍率下持续放电60s且达到稳态后的温度分布特性，并依据传热学理论对仿真计算结果进行了分析与对比。最后，根据仿真计算结果对电池包热管理系统(包括冷却系统和加热系统)进行了初步设计，并用上述的仿真方法对初步设计方案的合理性进行了理论验证。本文

3、的研究成果为实际工程中测定电池温度分布和设计、优化电池组热管理系统提供了理论依据，对后续研究者的借鉴及深化具有重要的参考价值。关键词：磷酸铁锂电池包；温度分布；仿真方法；热管理系统设计AbstractAlthoughLiFeP04powerbatteryhasgotalargenumberofapplicationsinthefieldofelectricvehicles．therearestillsomeproblemsintheprocessofitspracticalapplication．Inordertomaketh

4、eLiFeP04powerbatterypackworkinareasonablerangeoftemperatures，ke印theuniformityofbatterytemperaturedistribution，andadapttotheactualoperatingmodeofelectricvehicles，wemusttakethermalmanagementtobatterypack,butbeforedesigningoroptimizingbatterythermalmanagementsystem(BTM

5、S)，wemustdeterminethetemperaturedistributioncharacteristicsofthebatteryatfirst．First,thispaperdescribesthepresentdevelopmentsituationandtherestrictingfactorsoftheelectricvehicles，analysesthetemperaturecharacteristicsoflithium—ionbatteriesusedinelectricvehicles，andin

6、troducesrelatedknowledgeaboutelectricvehicles’energy-storingsystem—batterypackanditsthermalmanagementsystem．Then，basedonANSYS12．0Workbenchsoftware，adetailed,clearemulationmethodusedtocalculatetemperaturedistributioncharacteristicsofbatteriesisputforwardasfocus，which

7、includestheoreticalbasisoftheemulatedcalculationanddetailedsimulationprocess．Then，withregardtodifferentcoolingconditions，3Dmodeling，meshingandemulatedcalculationarerespectivelyconductedforbatterycell，batterymoduleregardlessoftheairgap，batterymoduleconsideringtheairg

8、apandbatterypackconsideringtheairgap，andthentheresultsoftheirtemperaturedistributioncharacteristicsareachieved，whichareinconditionof1．0Cdi