通過FEA提升鋰離子電池熱管理性能

汽車鋰離子電池的性能和使用壽命與電池的工作溫度有著非常直接的關系。電池熱管理是電池設計時需要考慮的最主要因素，尤其是那些間接式風冷或間接式液冷的熱管理系統(tǒng)，因為冷卻介質并不與電池單元直接接觸。

插電式混合動力車（PHEV）有兩種工作模式，分別為電量消耗模式（CD）和電量維持模式（CS）。電池包的容量是由電量消耗模式的行駛里程決定的。在這種模式下，電池單元的荷電狀態(tài)通常會從90%下降到25%（假設電池的可使用容量變化范圍為65%）。如果針對乘用車來說，在電量消耗模式下電量損耗假設為400-500 W·h/km的話，那么整個電池包的容量在電量消耗模式下需要能夠在15~20kW·h范圍內行駛64km。

本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201612/331556.htm在電量消耗模式運行結束后，電池單元內部會產(chǎn)生大量的熱量，這主要是由于較高的放電/充電脈沖電流及較高的電池單元內部電阻造成的，而這些也會隨著電池電量的消耗不斷增加。此外，因為插電式混合動力車電池僅在電量消耗模式下才可以達到滿負荷工作狀態(tài)，因此在電量消耗模式運行結束后電池的熱量會達到最大值。電池單元內部積累的熱量越多，電池的溫度就會越高。

電池單元的最高溫度和最大溫差是影響電池耐久性和安全性的兩個關鍵因素。為了讓電池發(fā)揮最佳的性能，電池包內電池單元的工作溫度應該控制在一個合理的范圍內。在特定的工作環(huán)境下，電池單元內的溫度分布應該盡量保持均勻，這樣才能確保電池的耐久性和安全性。

提高電池的熱管理性能需要深入了解電池包內電池單元在不同布局和冷卻條件下的熱表現(xiàn)。在電池包冷卻系統(tǒng)設計方面，電池溫度變化熱模擬可以發(fā)揮重要的作用。AVL Powertrain Engineering公司工程師通過模擬插電式混合動力車的應用環(huán)境對采用間接式液冷熱管理的鋰離子電池包的熱表現(xiàn)進行了理論研究。

工程師采用的電池包包含96個大功率電池單元，平均放置在八個模塊內。電池單元采用串聯(lián)的方式，整個電池包的容量為20kW·h。每個模塊放在并排的結構（熱對稱）中。電池單元通過與冷板直接接觸的鋁翅片（1.5mm厚）進行冷卻。

研究人員采用了一個簡單的FEA模型對單冷板和雙冷板冷卻效果都進行了分析，還對冷板表面溫度變化給電池單元溫度分布造成的影響進行了研究。研究結果如下：

◆電池單元的溫度分布受到冷板位置的影響非常大 ；
◆冷板內冷卻液流動的方向對單冷板冷卻效果的影響不明顯，但是會對雙冷板冷卻的最大溫差造成較大的影響；
◆雙冷板的冷卻容量是單冷板的兩倍，因此在相同的電池負載下，采用雙冷板進行冷卻的電池最高溫度比單冷板的低很多，最大溫差也小很?。?br />◆單冷板和雙冷板最大溫度出現(xiàn)位置不同：單冷板出現(xiàn)在正極附近，而雙冷板冷卻出現(xiàn)在正負極之間的區(qū)域內；
◆雙冷板冷卻中電池接線端的溫度比單冷板冷卻低很多，因為電池接線端和母線產(chǎn)生的電阻熱可以直接引導到雙冷板冷卻中的冷板上。而在單冷板冷卻中，冷板通常放置在電池接線端對面位置。電池接線端和母線產(chǎn)生的電阻熱只能順著熱傳導路徑擴撒掉。電池熱阻的增加會導致接線端和母線產(chǎn)生的電阻熱在電池內聚集，從而導致接線端子附近的溫度進一步上升。(end)