[发明专利]一种基于液-汽冷却系统的锂离子电池组热性能分析方法

说明书

本发明涉及一种基于液‑汽冷却系统的锂离子电池组热性能分析方法，包括步骤：冷却系统内，冷却剂供应池的液体冷却剂根据电池组的热量，蒸发成蒸汽或冷却成液体；建立一维电化学模型；建立三维热传导模型。本发明的有益效果是：本发明提供一种结合液体冷却池和蒸汽冷却池的适用于纯电动汽车/混合动力汽车的新型闭环式循环冷却系统；该系统结合液体冷却剂和蒸汽冷却剂；本发明的系统用于进行电池组热性能管理；本发明还基于锂离子电池组微型化结构，设置模型参数和运行参数，进行了热性能分析，并与传统液体冷却系统的性能进行比较；本发明还设计了锂离子电池组微型化结构，与传统的半径间隔设计相比，新结构可获得较高的最高温度和平均温度。

技术领域

本发明属于电池冷却技术领域，尤其涉及一种基于液-汽冷却系统的锂离子电池组热性能分析方法。

背景技术

电池冷却系统(battery cooling systems,BCSs)将锂离子电池工作温度保持在设定的工作温度以下或工作温度范围以内。锂离子电池内阻是主要热源之一，高温工作导致电池容量衰减、热失控和电解质爆炸。当电池温度降至最佳工作温度范围以内，锂离子电池的内阻会增加。

目前，BCS可根据多种标准进行分类，例如工作原理或冷却液相，冷却液与锂离子电池之间是否直接接触等。BCS也可以根据冷却剂的材料不同进行分类，多数文献归纳常用分类方法为基于液体、基于气体和基于相变材料(PCM)。BCSs的另一种分类方式是基于功率辅助主动控制系统和基于动力辅助的被动控制系统。基于液体BCS为主动控制系统，基于PCM的BCS系统为被动系统，基于气体BCS可为主动系统，也可以被动系统。

基于PCM的BCS利用冷却负载实现冷却(恒温或恒温范围内)，与基于液体和基于空气系统相比，PCM实现了更高的封装温度均匀性。但是，基于PCM的BCS存在以下缺点：相变过程中材料体积变化、导热系数变化。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于液-汽冷却系统的锂离子电池组热性能分析方法。

这种基于液-汽冷却系统的锂离子电池组热性能分析方法，包括以下步骤：

步骤1、冷却系统内，冷却剂供应池的液体冷却剂根据电池组的热量，蒸发成蒸汽或冷却成液体；冷凝壁将蒸汽冷凝为液体，并回收至冷却剂供应池；

步骤2、建立一维电化学模型，一维电化学模型包括液相多孔电极、固相多孔电极、固体基质和边界条件；通过一维电化学模型，计算液相多孔电极上的锂离子浓度随时间变化量、表观电流密度、电势、边界条件和电位；计算固相多孔电极上的表观电流密度、电势、边界条件和电位；计算固体基质上的电子电导率、锂离子浓度和锂离子的扩散系数；仿真锂离子电池组内基于液-汽冷却剂的闭环式循环冷却系统的行为和性能；

步骤3、建立三维热传导模型，根据能量速率平衡方程来计算锂离子电池体积生热率、径向导热系数、轴向导热系数和比热容；

步骤4：建立质量流量模型来描述基于液-汽冷却剂的闭环式循环冷却系统的热性能，质量流量模型包括式(16)表示的冷却剂的质量流量方程、式(17)表示的动量传递方程和式(18)表示的能量流量方程；

上式中，为流速，P为压强，g为重力常数，ρ为制冷剂密度，c_p为比热容，T为温度，k为导热系数；

步骤5、设置模型参数和运行参数，对基于液-汽冷却系统的锂离子电池组进行热性能分析：设定锂离子电池的导热系数、选用的冷却剂类型、选用的制冷剂类型；验证单体电池间距和液体冷却池和蒸汽冷却池的高度对电池组最高温度的影响。