电动汽车动力电池组散热特性与流场仿真研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，生态环境问题日益突出，直接影响到国民幸福指数和生活质量的提高，已成为我国发展水平的重要影响因素；于此同时，车用燃油价格不断上升，石油对外依存度逐年提高影响着国家战略安全。传统燃油车高能耗、高污染问题日益突出，这给新能源汽车，尤其是电动汽车带来了前所未有的发展机遇。

在纯电动汽车中，整车唯一动源就是动力电池组。各种电化学反应和物理变化将在动力电池充放电过程中，导致大量热量的产生，一旦这些热量在车辆工作过程中不能较好的散发，使各单体电池之间出现很大的温度差异，导致电池组的生热温度场分布不均匀，最终可能使电池组的电化学性能严重降低；同时各单体电池温度的差异性也会导致各动力电池充放电的容量出现差异，最终使电池组的使用循环寿命减少。通过电动汽车动力电池组散热特性与流场仿真研究可为电动汽车锂离子电池组的设计提供依据，为锂离子电池在电动汽车的推广提供参考依据，具有重要的工程应用价值。

2. 国内外研究现状分析

国外研究动力电池及其相关技术的起步时间比较早，自1980年开始，对电动汽车用动力电池的研究就分别经历了铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池，其中铅酸电池应用到纯电动汽车上的时间比较久，相关文献研究也比较多。对动力电池的研究国外学者先后建立了热效应建模和电化学建模并取得了一定的研究成果。在热模型方面首先建立了电池一维生热模型、二维生热模型和三维生热模型的研究，再到电池内部电化学特性分析研究等。Dickinson B等人评估了多种电动汽车用电池组的热性能和使用寿命，发现电池组之间的温度差会影响整个电池组的容量，认为应该控制电池组内部温度均匀分布，并使其温度保持在 30~40℃之间。Ghosh D等人采用计算流体动力学CFD，应用有限元分析软件Fluent对福特电动汽车FUSION中的部分电池组模块进行热分析。在此之后，他们再次对FUSION 电动汽车整个电池箱进行热分析，但由于整个电池箱模型过大，需对模型划分较多的网格，最终导致计算速度非常缓慢、计算精度也不够高

在国内，研究动力电池的起步时间相对比较晚，科研机构和各大高校的研究工作主要集中于对动力电池各大关键部件的热特性分析和动力电池箱体结构设计，通过对电池箱进排气口的流场和电池组温度场仿真分析，然后优化电池组散热结构及电池箱散热风道的设计。清华大学、上海交通大学等各大知名高校都在国家的支持下对电池生热速率进行研究。如清华大学针对并联式 HEVS用 MH-Ni 蓄电池采用自然通风散热，研制了冷却装置。他们将24个电池模块水平两排布置，冷却气流从电池组的下方引入，平行通过各电池模块，然后在电池上方收集后排出，为了保证从电池模块间隙流出的热风（气流）不再绕流进入前一个电池模块的间隙，在每个电池模块中间上部设置了引流导板。他们在通风状态下分别以18A和40A的电流做了放电实验，实验测得各模块的最高温度分别32℃和44℃，基本满足电池有效工作温度。

3. 研究的基本内容与计划

1、分析锂离子电池的结构、工作原理与热量产生的过程来源，确定温度升高对动力电池带来的不利影响的原因。

2、利用流场分析的基本原理与基本方程，对动力电池组的散热过程进行描述，并利用fluent进行模拟计算。

4. 研究创新点

模拟仿真不同排列方式下电池组散热特性，对排列参数进行优化，得到一种更合理的电池单元排列方式，保证电动汽车在行驶过程中的稳定性和安全性。