混合動力汽車冷卻鋰離子電池的空氣流動配置設計

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混合動力汽車冷卻鋰離子電池的空氣流動配置設計

混合動力汽車一般采用鋰離子電池，而汽車行業中最關鍵的問題是如何獲得高能量密度電池。在汽車電池布局受限的情況下，車輛的熱管理是非常重要的，而強制空氣冷卻是汽車行業的實際選擇。運用理論研究和數值模擬對空氣冷卻式電池系統的氣流結構進行設計，以滿足所需的熱管理。采用熱阻模型進行冷卻性能分析，典型的混合動力汽車電池系統包括堆疊的多個電池，其冷卻性能主要取決于冷卻劑通道內氣流的均勻分布，消散電池產生的熱量?？紤]空氣流動配置的局限，通過采用錐形管和卸壓通風獲得所需的冷卻性能，空氣壓力減輕可使操作風機的耗電量也得到改善。本研究為混合動力汽車、電動汽車和燃料電池電動汽車的電池冷卻系統提供了一個設計準則。

混合動力汽車的電池系統由72個電池合成，可提供270V電壓和1400Wh的電能。在電池單元之間形成3mm的冷卻劑通道，電池單元以245W/m2散熱通量向外散熱（圖1），總共安裝36個電池單元，形成37個冷卻劑通道。電池系統的總尺寸是225mm× 191mm×191mm。進口和出口歧管高20mm，冷卻劑通道的尺寸是3mm×65mm×151mm。

以下是混合動力汽車空氣冷卻系統設計的限制條件。

（1）熱設計規范：電池單元和進氣口空氣之間的最大溫差低于20℃。

（2）空氣流量：最大流量是0.045m3/s。

（3）進口和出口區域位于同一側。

（4）進口和出口歧管的高度低于20mm。

（5）在功耗最低的條件下操作風扇壓降應該最小。

由于混合動力汽車電池系統的布局限制，因此進口和出口都應該位于同一側。冷卻劑通道內空氣流量的分布直接影響電池系統的溫度，因此歧管的優化設計很重要。5種流行設計如圖2（彎曲的箭頭表示氣流線）。I型有長方形的歧管；而II型和III型在垂直方向設計有錐形閥組（可在20～10mm范圍內進行線性擴展或收縮）；IV型是考慮用于比較的；V型將矩形通風孔加到III型的出口總管處。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2013年第239卷

作者：Heesung Park

編譯：趙喚