電動汽車用動力LiFePO4電池散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計.pdf

1、鋰離子電池因其高比能量、高電壓、自放電率低和循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于電動汽車中。但動力鋰離子電池在其使用過程中會產(chǎn)生大量的熱量，一旦熱量不能及時擴(kuò)散就會導(dǎo)致溫度急劇增加，進(jìn)而誘發(fā)安全事故。因此必須減少動力鋰離子電池在使用過程中的產(chǎn)熱和強(qiáng)化其表面的散熱，以保證動力鋰離子電池使用過程中的安全性。傳統(tǒng)的小容量鋰離子電池的設(shè)計手段已經(jīng)不再完全能適用于大中型容量的動力鋰離子電池的設(shè)計中，所以本論文提出了設(shè)計具有強(qiáng)散熱能力和低產(chǎn)熱量的大容量的

2、動力鋰離子電池結(jié)構(gòu)的方法。
　　 首先，以廣州力柏能源公司量產(chǎn)的3.2V/50Ah磷酸鐵鋰(LiFePO4)動力電池為研究對象，搭建了動力鋰電池?zé)峁?shù)測試實(shí)驗(yàn)臺架。測量和研究不同放電倍率和外界溫度對電池的放電性能和熱性能的影響，實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果表明:過高或過低的環(huán)境溫度都將對電池的輸出容量和放電時的電壓產(chǎn)生不利的影響;放電倍率越大，電池所能放出的容量越少，且電池表面的溫度越高。另外，也測量了組成電池材料的熱物性參數(shù)和測試用電池的密

3、度和質(zhì)量，作為模擬分析時材料的特性和載荷輸入。
　　 其次，根據(jù)理論分析提出能夠減少電池工作過程中的產(chǎn)熱和強(qiáng)化表面散熱的方法，并對實(shí)驗(yàn)室測試用電池提出優(yōu)化設(shè)計方案，主要包括以下兩個方面內(nèi)容:一、外部結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化;通過建立四種不同尺寸的電池模型，分析其在各放電倍率下的熱性能，綜合比較不同散熱結(jié)構(gòu)的散熱能力和可用性。二、對經(jīng)過外部結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的電池建立其內(nèi)部電極單元的電熱耦合模型，研究電極片結(jié)構(gòu)對動力鋰離子放電性能和電池產(chǎn)熱量的影響

4、。為減少電池設(shè)計時投入的成本和周期，及深入的了解電池內(nèi)部極片上電場和電流密度的分布，本論文采用ANSYS Workbench中的電熱耦合模塊對電池的熱優(yōu)化結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值研究。為驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果的正確性，比較了不同放電倍率下實(shí)驗(yàn)測量所得電池表面的溫度分布和模擬所得的電池表面溫度一致性，對比結(jié)果具有較好的吻合度。
　　 最后，針對提出的優(yōu)化方案進(jìn)行的模擬結(jié)果表明，電極單元上正負(fù)極極耳相對放置且寬度增大時，電極片上活性物質(zhì)的利用率提高，