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动力电池散热系统在不同环境温度下的热流场分析

时间:2026-01-25 理论教育 对我是小斗 版权反馈
【摘要】:4.2.2.1 环境温度20℃动力舱热流场分析从表4.6可知,在20℃环境温度下,55A·h电池单体充电过程时长为74min,平均温升为15.51℃;放电过程时长为59min,平均温升为17.34℃。

在27℃环境温度下,电动汽车动力舱出风口模式可以通过仿真计算,结合场协同分析方法获得。那么在不同环境温度下,电动汽车动力舱出风口模式是否依然可以通过这种方法获得呢?下文对20℃和40℃环境温度下,不同出风口模式的电动汽车动力舱被动式进风散热性能进行分析。

4.2.2.1 环境温度20℃动力舱热流场分析

从表4.6可知,在20℃环境温度下,55A·h电池单体充电过程时长为74min,平均温升为15.51℃;放电过程时长为59min,平均温升为17.34℃。结合电池单体物性,可以求得电池单体充电过程平均发热功率为5.42W,放电过程平均发热功率为7.60W,充放电平均发热功率为6.51W。

4.620℃环境温度下55A·h电池单体充放电过程平均温升和发热功率

图示

表4.7为在20℃环境温度下,不同出风口模式的电池组温度数据,从图4.19和图4.20可见,在不同车速下,双口上出风模式的电池组最高温升最低,单口上出风模式的电池组最高温升与双口上出风模式较为接近,但仍然略微偏高,两边出风口模式的电池组最高温升最高,下出风口模式介于单口上出风模式和两边出风口模式之间,但更接近于单口上出风模式,各曲线随车速基本呈线性关系变化;电池组内部最大温差随车速变化趋势与电池组最高温升较为相似,即:在不同车速下,电池组内部最大温差由低到高顺序依次为:双口上出风模式、单口上出风模式、下出风模式和两边出风口模式。其中,车速为80km/h时,双口上出风模式的电池组最高温升分别比单口上出风模式、下出风口模式和两边出风口模式降低了1.7%、8.3%和16.2%,内部最大温差降低了1.3%、8.7%和19.6%;车速为140km/h时,双口上出风模式的电池组最高温升分别比单口上出风模式、下出风口模式和两边出风口模式降低了1.0%、3.2%和16.6%,内部最大温差降低了1.5%、5.7%和20.5%,可见,在20℃环境温度下,同样是双口上出风模式改善电动汽车动力舱被动式进风散热性能最为明显。从电池组最高温升和内部最大温差随车速变化趋势曲线还可以看出:下出风口模式的温差变化趋势曲线较为陡峭,其他三种出风口模式的变化趋势曲线比较平缓,且基本保持平行,所以下出风口模式的散热性能随车速增加而改善的能力也更为明显。综上分析,在20℃环境温度下,双口上出风模式的被动式进风散热性能最佳,两边出风口模式的被动式进风散热性能最差,同样符合场协同原理关于两边出风口模式具有最差散热性能,双口上出风模式散热性能优于单口上出风模式的判断。

4.720℃环境温度下电池组的温度数据 (单位:℃)

图示

图示

图4.19 在20℃环境温度下电池组最高温升随车速变化趋势比较

图示

图4.20 在20℃环境温度下电池组内部最大温差随车速变化趋势比较

4.2.2.2 环境温度40℃动力舱热流场分析

从表4.8可知,在40℃环境温度下,55A·h电池单体充电过程时长为79min,平均温升为10.87℃;放电过程时长为62min,平均温升为13.80℃。结合电池单体物性,可以求得电池单体充电过程平均发热功率为3.56W,放电过程平均发热功率为5.76W,充放电过程平均发热功率为4.66W。

4.840℃环境温度下55A·h电池单体充放电过程平均温升和发热功率(https://www.xing528.com)

图示

表4.9为在40℃环境温度下,不同出风口模式的电池组温度数据,从图4.21和图4.22可见,在不同车速下,电池组最高温升和内部最大温差由低到高顺序依次为:双口上出风模式、单口上出风模式、下出风口模式和两边出风口模式。其中,车速为80km/h时,双口上出风模式的电池组最高温升分别比单口上出风模式、下出风口模式和两边出风口模式降低了1.3%、7.7%和16.1%,内部最大温差降低了1.2%、8.4%和18.9%;车速为140km/h时,双口上出风模式的电池组最高温升分别比单口上出风模式、下出风口模式和两边出风口模式降低了0.5%、1.8%和16.3%,内部最大温差降低了2.0%、5.2%和20.2%,可见,在40℃环境温度下,同样是双口上出风模式的被动式进风散热性能最佳,两边出风口模式的被动式进风散热性能最差。

综上分析,在20℃、27℃和40℃环境温度下,电动汽车动力舱出风口模式的选择都可以通过场协同分析方法获得,可见电动汽车动力舱热流场的协同分析与环境温度无关。

4.940℃环境温度下电池组的温度数据 (单位:℃)

图示

图示

图4.21 在40℃环境温度下电池组最高温升随车速变化趋势比较

图示

图4.22 在40℃环境温度下电池组内部最大温差随车速变化趋势比较

4.2.2.3 不同环境温度下动力舱散热性能比较

在不同环境温度下,比较不同出风口模式的温差,是为了研究它们的散热性能随环境温度变化而改变的能力,选择单口上出风模式的电池组最高温升和内部最大温差作为参考基准。从表4.10可以看出不同环境温度对各出风口模式散热性能的影响:在20℃环境温度下三种类型的电池组最高温升和内部最大温差差值均最高,在27℃环境温度下次之,在40℃环境温度下最低,说明环境温度较高时,不同出风口模式的散热性能较为接近;在低环境温度下,更能体现具有良好散热性能出风口模式的散热能力。在所有环境温度下,随着车速提高,单口上出风模式和下出风口模式的电池组最高温升和内部最大温差差值减小,说明随着车速提高,两者散热性能在不断接近,可见,下出风口模式散热性能随车速提高而改善的能力较为明显;其他两种类型的电池组最高温升和内部最大温差差值几乎不随车速变化,说明车速提高对这两种类型的出风口模式散热性能改善能力基本相同。

4.10 在不同环境温度下各出风口模式的温差比较

图示

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