关于电动汽车电池箱通风冷却结构的研究

关于电动汽车电池箱通风冷却结构的研究

向海均

广东绿通新能源电动车科技股份有限公司523159

摘要：随着电动汽车的发展，电池箱体作为电动汽车的重要部件，其结构设计就显得尤为重要，不仅要考虑电池箱体的安全性与空间局限，还要考虑电池箱的通风冷却功能，因此，对电动汽车电池箱通风冷却结构的研究就显得尤为重要了。基于此，本文以侧向通风结构、侧向通风斜式箱体和正面通风加装风挡板通风冷却结构为例，分析了结构的运行情况及特点，以供参考。

关键词：电动汽车；电池箱；通风冷却结构

1.电动汽车电池箱的通风与散热性能要求

电动汽车依靠动力蓄电池箱提供能源，设计开发人员在动力蓄电池箱设计过程中，必须要考虑多行驶工况下电池箱能否满足一些机械性能要求这一点。在电动汽车中，由于汽车常处于持续运行的状态，尤其是长时间大负荷高速行驶，电池放电会同时释放出大量热量；汽车大电流充电时，也会产生大量的热量。而为保证电池安全和使用寿命，电池箱体必须具备良好的散热能力，电动汽车电池箱的通风与散热性能要求如下：

1.1在布置空间允许的情况下，电池模块之间应有适当的间隙，以满足电池自身散热和热膨胀的要求。

1.2内置温度传感器或信息采集板，实时监控电池箱体内电池的温度。

1.3根据电池箱体容量的大小和电池放热特性匹配散热风流量，并保留足够的安全系数。

1.4电池箱体内部通过挡板等导流方式引导内部气流流向，保证每个单体电池充分散热。

1.5如遇突发故障，必须保障电池电源切断后散热风扇才切断，有一个延迟的过程。

2.电动汽车电池箱通风冷却结构分析

电动汽车可有效降低能源消耗和环境污染，然而其所用电池的冷却却是一个重要问题。电动汽车车用电池对温度环境比较敏感，在充放电时都会产生大量的热量，从而导致温度上升，过高的温度会大大影响电池性能，因此必须选择正确的通风冷却结构。在保证单体电池按照既定间隔横向排列成电池组的情况下，综合考虑实际应用情况，有3种可行的通风方式，其分别是侧向通风结构、侧向通风斜式箱体和正面通风加装风挡板，下面分别以3种电池箱通风冷却结构进行分析。

2.1侧向通风结构

侧向通风结构的流量分配不均匀，气流较多地流向了电池箱四周，较少地流入单体电池间的缝隙。因此电池间隙中空气流动速度很低，动量小，温度附面层厚，对流换热系数小，故电池间隙之间的换热效果较差。这是由于换热与流动紧密相关，在以上的流动特征下，在电池缝隙间出现换热特征较差，因而冷却效果不理想。在侧向通风结构中，电池的最高温度为345.78K，最低温度为299.11K，最大温差为46K。由于各个电池的差大，温度分布不够均匀，如图1所示，因此，该流路设计不能满足工程要求。

2.2侧向通风斜式箱体结构

在侧向通风斜式箱体结构中，冷却空气通过流动通道后必须经过电池间的缝隙流向电池箱后部，各缝隙中气流的速度大小基本一致，因此不同的单体电池可以吹到等量的均匀冷空气。在电池组缝隙中通过的空气流量较大，流动较为强烈，流体各部分之间的混合剧烈，动量迁移和热量迁移较大，换热效果好。在该通风冷却结构中，其电池的最高温度为314.54K，最低温度为292.07K，最大温差为22K。由于吹到各个电池上的冷却空气流量均匀，因而其相对应位置上的温度分布也很均匀，对应点的温差较小，如图2所示，因此能够满足工程要求。现有的电动汽车有不少采用这种通风冷却结构，但这种型式使电池箱的结构过于庞大。

2.3正面通风加装风挡板结构

正面通风加装风挡板结构的通风冷却原理是冷却空气被放置于电池箱后侧的风扇抽入后，通过一个风挡板，经风挡板阻挡作用所有的冷却风都由各电池间的缝隙流向电池箱后部。风挡板使冷却空气在电池缝隙的流动更为均匀。从进口到出口，冷却空气对电池进行强制散热，带走电池热量。在电池组缝隙中通过的空气流量较大，流动较为强烈，能够很快地带走电池侧壁的热量，从而强化换热，提高对流换热效率，达到良好的冷却效果。在该种结构中，电池的缝隙间出现换热特征较强，电池产生的热量可以及时地被冷空气带走，因而冷却效果好。电池工作时最高温度为306.08K，最低温度为291K，最大温差为15K，各个电池的温度分布很均匀，因此此结构完全可以满足工程要求，而且这种结构最为紧凑，因此是当前电动汽车电池箱中一种较好的通风冷却结构。

结束语：

综上所述，本文通过比较侧向通风结构、侧向通风斜式箱体和正面通风加装风挡板3种通风冷却的数值计算结果，显然正面通风加装风挡板的结构最为合理，这种结构能使电池缝隙间的换热加强，从而达到良好的冷却效果，使电池温度分布均匀，对应点温差小，因此，值得在电动汽车中推广应用。

参考文献：

[1]车杜兰，周荣，乔维高.电动汽车电池包散热加热设计[J].北京汽车.2010.

[2]王阳，宁国宝，郑辉.集中电机驱动纯电动汽车电池包设计[J].汽车技术.2011.

[3]辛乃龙．纯电动汽车锂离子动力电池组热特性分析及仿真研究[D].吉林大学.2012