不同环境温度下电池包的热流场分析

由于实验用的水槽不可以调节温度，故只能通过调节恒温箱温度来改变环境与冷却液的温差。实验时，选用进液流量为400L/h的双进双出流径主动式液冷系统，冷却液温度基本保持在20～28℃，故取中间值24℃作为冷却液温度参考值。

6.2.2.1 不同环境温度电池包热流场分析

（1）环境温度：24℃（环境与冷却液温差0℃）

恒温箱内温度并不能完全保持在24℃，随着充放电循环进行，箱内温度略有降低，故12号单体上部最高温度与27℃的差值略低于电池模块最高温升。图6.7为环境与冷却液温差为0℃时，电池模块温度变化曲线，从表6.3可知，12号单体上部最高温度为29.69℃，24号单体下部最高温度为27.51℃；电池模块最高温升为5.87℃，内部最大温差为2.98℃。

图6.7 环境与冷却液温差为0℃时电池模块温度变化曲线

表6.3 环境与冷却液温差为0℃时电池模块温度数据

图6.8 环境与冷却液温差为3℃时电池模块温度变化曲线

（2）环境温度：27℃（环境与冷却液温差：3℃）

图6.8为环境与冷却液温差为3℃时，电池模块的温度变化曲线。从表6.4可知，12号单体上部最高温度为31.40℃，24号单体下部最高温度为28.49℃；电池模块最高温升为5.16℃，比温差为0℃时降低0.71℃；内部最大温差为3.14℃，比温差为0℃时升高0.16℃，电池模块内部温度分布均匀性变差。

表6.4 环境与冷却液温差为3℃时电池模块温度数据

（3）环境温度：30℃（环境与冷却液温差：6℃）

图6.9为环境与冷却液温差为6℃时，电池模块温度变化曲线，从表6.5可知，12号单体上部最高温度为34.13℃，24号单体下部最高温度为30.94℃；电池模块最高温升为4.34℃，比温差为3℃时降低0.82℃；内部最大温差为3.95℃，比温差为3℃时升高0.81℃，电池模块内部温度分布均匀性进一步变差。

图6.9 环境与冷却液温差为6℃时电池模块温度变化曲线

图6.9 环境与冷却液温差为6℃时电池模块温度变化曲线（续）

表6.5 环境与冷却液温差为6℃时电池模块温度数据

（4）环境温度：35℃（环境与冷却液温差：11℃）

图6.10a为环境与冷却液温差为11℃时，电池模块温度变化曲线，从表6.6可知，12号单体上部最高温度为38.41℃，24号单体下部最高温度为33.61℃；电池模块最高温升为3.47℃，比温差为6℃时降低0.87℃；内部最大温差为4.90℃，比温差为6℃时升高0.95℃。此时，电池单体上部的温度高于环境温度，电池单体下部的温度低于环境温度，这是因为进液温度比恒温箱温度低，冷却液快速导走电池底部的热量，但电池上部的热量还来不及传导到电池底部所致。从图6.10b可见，电池模块温升小于电池模块内部温差，可见环境与冷却液温差为11℃时，改善电池模块内部温度分布均匀性是主动式液冷系统散热的主要目的。(www.xing528.com)

图6.10 环境与冷却液温差为11℃时电池模块温度变化曲线

表6.6 环境与冷却液温差为11℃时电池模块温度数据

（5）环境温度：40℃（环境与冷却液温差：16℃）

图6.11为环境与冷却液温差为16℃时，电池模块温度变化曲线，从表6.7可知，12号单体上部最高温度为42.45℃，24号单体下部最高温度为35.91℃；电池模块最高温升为2.51℃，比温差为11℃时降低0.96℃；内部最大温差为6.63℃，比温差为11℃时升高1.73℃，电池模块内部温差与电池模块温升之间的差值扩大，说明随着环境与冷却液温差进一步增加，电池模块内部温度分布均匀性变得更差。

图6.11 环境与冷却液温差为16℃时电池模块温度变化曲线

表6.7 环境与冷却液温差为16℃时电池模块温度数据

图6.12 环境与冷却液温差为21℃时电池模块温度变化曲线

（6）环境温度：45℃（环境与冷却液温差：21℃）

图6.12为环境与冷却液温差为21℃时，电池模块温度变化曲线，从表6.8可知，12号单体上部最高温度为46.15℃，24号单体下部最高温度为37.12℃；电池模块最高温升为1.40℃，比温差为16℃时降低1.11℃；内部最大温差为9.35℃，比温差为16℃时升高2.72℃，电池模块内部温差与电池模块温升之间的差值进一步扩大，此时，电池模块内部温差远高于电池模块温升，且在较高的温差范围内（7～9℃）波动，变化趋势较为平缓，这说明在整个充放电过程中，电池模块内部温度分布均匀性都很差。

表6.8 环境与冷却液温差为21℃时电池模块温度数据

6.2.2.2 不同环境温度电池包散热性能比较

图6.13 不同环境与冷却液温差的电池模块监测位置最高温度比较

从图6.13可见，在温差为11℃之前，随着温差值增大，最高温度变化曲线斜率增加，在温差为11℃之后，斜率减小；电池模块各监测位置最高温度变化曲线在温差为6℃之前保持平行，在温差为6℃之后，12号单体上部和13号单体上部最高温度增加幅度明显高于1号单体下部和24号单体下部；在温差为0℃时，12号单体上部和13号单体上部最高温度比较接近，1号单体下部和24号单体下部最高温度比较接近，其中，12号单体上部最高温度为29.69℃，24号单体下部最高温度为27.51℃；在温差为21℃时，还是12号单体上部和13号单体上部最高温度比较接近，1号单体下部和24号单体下部最高温度比较接近，此时，12号单体上部最高温度为46.15℃，24号单体下部最高温度为37.12℃，可见环境与冷却液温差越大，越不利于电池上部散热，此时，应当着重考虑电池上部散热问题，比如说在电池上部安装强制风冷散热系统。

图6.14为不同环境与冷却液温差的电池模块温度数据比较，可见随着环境与冷却液温差变大，电池模块最高温升降低，内部最大温差升高；环境与冷却液温差为21℃时的电池模块最高温升比0℃降低76.1%，内部最大温差升高213.8%，电池模块内部最大温差的变化趋势明显高于最高温升的变化趋势；考虑到随着环境与冷却液温差变大，电池模块最高温升降低，有利于主动式液冷系统散热，但内部最大温差升高，又不利于主动式液冷系统散热，电池模块最高温升和内部最大温差的变化曲线相交于环境与冷却液温差为6～11℃，故选择环境与冷却液温差为6～11℃能较好地平衡电池模块最高温升和内部最大温差，有利于主动式液冷系统散热。

图6.14 不同环境与冷却液温差的电池模块温度数据比较