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        行業資訊

        動力電池包發熱量的組成及散熱方案水冷風冷

        發布時間:2017-12-20  新聞來源:三科斯電子

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              電池包電芯工作時的發熱量主要由極化熱、反應熱、副反應熱和焦耳熱四部分組成。對于鋰離子電池來說

        ,副反應生成熱量極小,因此可以忽略不計,電池內部反應熱量只需考慮剩下三部分熱量:
             電池充放電時的反應熱Q1 可以表示為:Q1=0.0104Q*I
        式中:Q 為化學反應過程正負極產熱量的代數和,單位KJ/mol;I 為放電電流,單位A。
             電芯內歐姆內阻Re 產生的焦耳熱Q2: Q2=I^2*Re
             電芯內極化內阻Rp 產生的極化熱Q3:Q3=I^2*Rp
             當電池工作溫度在 70~80℃時,反應熱占絕大比例。而鋰離子正常工作溫度下焦耳熱和極化熱占絕大比例。


              發熱組件主要由電池發熱芯體及芯體間膨脹泡棉(泡棉本身并不發熱,主要起緩沖作用)組成。

        發熱芯體分成十個電池模塊組,八組橫置、兩組縱置布置。傳熱組件主要包含芯體間傳熱鋁板、冷卻板、連接膠(連接傳熱鋁板和冷卻板)和進出冷卻水管。

        其中冷卻板內部嵌置冷卻水套,冷卻水套內的冷卻液經對流換熱將傳入冷卻板上的熱量帶出。 

        動力電池總圖和冷卻板結構圖(深灰色為內部水套)見下圖所示。


                 
                 

        1. 仿真前處理
              由于鋰離子電池內部結構復雜,直接建模困難,便于開展CFD計算分析,需要對電池進行簡化處理。這里將電池芯體簡化成均勻發熱的長方體模型。
             本方案電芯發熱主要通過導熱和對流換熱方式由冷卻液流動帶出。



        因此整個動力電池冷卻需要考慮的部件包括:電芯間導熱鋁板、冷卻板、連接導熱鋁板和冷卻板之間連接膠以及芯體間膨脹泡棉,其中連接膠及膨脹泡棉簡化成均質長方體模型。

        發熱芯體外圍框架向外散發的熱量相對較小,這里忽略不計。整個冷卻系統簡化模型如下圖所示。


                  
             流動為不可壓縮湍流,采用標準K-Epslion模型模擬湍流流動,壁面采用標準壁面函數來處理。

        電芯看成各向異性的均勻熱傳導系數來處理,并將電池簡化為均勻發熱體,單個電芯質量為0.85kg,電芯比熱容為1020J/kg?℃,冷卻電池初始溫度30℃。

        電芯熱傳導系數為沿厚度方向1W/m?k,垂直厚度方向上為25W/m?k。
              冷卻液采用體積分數 50%乙二醇50%水混合液,入口流量為6.5L/min(根據電池發熱總量經驗估算),進水溫度25℃。

        電池發熱評價工況采用US06 運行工況,一個US06 循環工況(600s)內電池生熱情況如下圖所示,將電芯瞬時發熱功率折算成穩態下的平均等效發熱功率3.367W。


           
        2. 仿真結果分析
              電芯整體溫度分布并不均勻,其中兩組縱置電池組由于最先受到冷卻,整體溫度低;相反,另外八組橫置電池組最后被冷卻,整體溫度高。此外,由于電池組采用一側冷卻,每組電芯自身也有5℃左右的溫差。

        穩態計算平衡后,電芯整體最大溫度達到40.17℃(允許值45℃),電芯整體最大溫差高達10.44℃(超出允許5℃),電芯整體冷卻不均勻。


               



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