一種鋰離子電池組單體布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池組單體布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]動(dòng)力電池作為純電動(dòng)汽車(chē)的唯一動(dòng)力源，為滿(mǎn)足車(chē)輛的正常運(yùn)行應(yīng)具有較大的輸出功率，因此需要將多個(gè)單體電池串并聯(lián)成組使用。受到純電動(dòng)汽車(chē)的空間限制，電池組中的單體電池是密集排列的，所以電池在充放電過(guò)程中產(chǎn)生的大量的熱很容易在電池組內(nèi)部堆積。如果在絕熱或高溫情況下散熱不充分的條件中運(yùn)行，電池組的溫度將會(huì)明顯升高，影響電池組的循環(huán)壽命和使用安全性。
[0003]傳統(tǒng)電池組模型散熱結(jié)構(gòu)單一，將使各單體電池之間出現(xiàn)很大的溫度差異，導(dǎo)致電池組的生熱溫度場(chǎng)分布不均勻，最終可能使電池組的電化學(xué)性能?chē)?yán)重降低，同時(shí)各單體電池溫度的差異性也會(huì)導(dǎo)致各動(dòng)力電池充放電的容量出現(xiàn)差異，最終使電池組的使用循環(huán)壽命減少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)以上不足之處，提供了一種鋰離子電池組單體布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，改善在充放電過(guò)程中各電池單體溫度分布不均勻的現(xiàn)象，提高電池組的電化學(xué)性能和使用循環(huán)壽命。
[0005]本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的方案是一種鋰離子電池組單體布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，包括以下步驟:
步驟S1:通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)的基本參數(shù)確定電池組單體的數(shù)量，設(shè)計(jì)初步電池組單體布置結(jié)構(gòu)，并將初步電池組單體布置結(jié)構(gòu)作為電池組單體布置結(jié)構(gòu)；
步驟S2:根據(jù)電池組單體布置結(jié)構(gòu)，采用Gambit軟件建立的電池組單體布置結(jié)構(gòu)幾何模型；
步驟S3:采用Matlab/Simulink軟件建立電動(dòng)汽車(chē)仿真模型,獲取電池組單體在不同放電倍率下和不同循環(huán)工況下的電池充放電數(shù)據(jù)；
步驟S4:采用Fluent軟件對(duì)電池組單體在不同放電倍率下和不同循環(huán)工況下進(jìn)行仿真，以獲取電池組單體的溫度場(chǎng)分布，并分析對(duì)比電池組單體的溫度值；
步驟S5:判斷電池組單體溫度分布是否均勻，若是，則將該電池組單體布置結(jié)構(gòu)作為最優(yōu)電池組單體布置結(jié)構(gòu)，否則，根據(jù)電池組單體對(duì)應(yīng)的溫度值對(duì)初步電池組單體布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并將改進(jìn)電池組單體布置結(jié)構(gòu)作為電池組單體布置結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)到所述步驟S2 ；
進(jìn)一步的，所述步驟SI中基本參數(shù)為電源系統(tǒng)所需電壓。
[0006]進(jìn)一步的，所述步驟S4中還包括以下步驟:
步驟S41:將步驟S2中電池組單體布置結(jié)構(gòu)幾何模型輸入至Fluent軟件中，并設(shè)置電池組單體的參數(shù)； 步驟S42:將步驟S3中獲取的電池充放電數(shù)據(jù)輸入至Fluent軟件中；
步驟S43:采用Fluent軟件分別獲取電池組單體的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能力方程、湍流能量方程和湍流耗散方程。
[0007]進(jìn)一步的，在所述步驟S43中的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能力方程、湍流能量方程和湍流耗散方程的差分方程均為一階迎風(fēng)格式。
[0008]進(jìn)一步的，在所述步驟S4中，分別在自然風(fēng)冷、強(qiáng)制風(fēng)冷或水冷條件下對(duì)電池組單體進(jìn)行仿真。
[0009]進(jìn)一步的，在所述步驟S3中的電池充放電數(shù)據(jù)為電動(dòng)汽車(chē)爬坡、加速和最高車(chē)速工況下獲取的。
[0010]進(jìn)一步的，在步驟S2中的幾何模型為三維模型。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的提供的一種鋰離子電池組單體布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，首先根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)的基本參數(shù)確定電池?cái)?shù)量，設(shè)計(jì)初步電池組單體布置結(jié)構(gòu)；然后采用Matlab/Simulink軟件搭建電動(dòng)汽車(chē)仿真模型,用于仿真電動(dòng)汽車(chē)在不同工況和不同放電倍率下的運(yùn)行情況并獲取鋰電池的充放電數(shù)據(jù)，其中主要獲取汽車(chē)爬坡和加速試驗(yàn)時(shí)的電池充放電數(shù)據(jù)；采用Fluent軟件對(duì)電池組單體在不同放電倍率下和不同工況下進(jìn)行仿真，以獲取電池組單體的溫度場(chǎng)分布，并分析對(duì)比電池組單體的溫度值。本發(fā)明的有益效果在于:對(duì)電池組單體相應(yīng)的溫度值的不同,對(duì)電池組單體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn),從而改善在充放電過(guò)程中各電池單體溫度分布不均勻的現(xiàn)象，提高電池組的電化學(xué)性能和使用循環(huán)壽命。
【附圖說(shuō)明】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利進(jìn)一步說(shuō)明。
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例的幾何模型；
圖3為本發(fā)明實(shí)施例的溫度場(chǎng)分布圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例的改進(jìn)電池組單體布置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]如圖1?3所示，本實(shí)施例提供一種鋰離子電池組單體布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，包括以下步驟:
步驟S1:通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)的基本參數(shù)確定電池組單體的數(shù)量，設(shè)計(jì)初步電池組單體布置結(jié)構(gòu)，并將初步電池組單體布置結(jié)構(gòu)作為電池組單體布置結(jié)構(gòu)；
步驟S2:根據(jù)電池組單體布置結(jié)構(gòu)，采用Gambit軟件建立的電池組單體布置結(jié)構(gòu)幾何模型；
步驟S3:采用Matlab/Simulink軟件建立電動(dòng)汽車(chē)仿真模型,獲取電池組單體在不同放電倍率下和不同循環(huán)工況下的電池充放電數(shù)據(jù)；
步驟S4:采用Fluent軟件對(duì)電池組單體在不同放電倍率下和不同循環(huán)工況下進(jìn)行仿真，以獲取電池組單體的溫度場(chǎng)分布，并分析對(duì)比電池組單體的溫度值；
步驟S5:判斷電池組單體溫度分布是否均勻，若是，則將該電池組單體布置結(jié)構(gòu)作為最優(yōu)電池組單體布置結(jié)構(gòu)，否則，根據(jù)電池組單體對(duì)應(yīng)的溫度值對(duì)初步電池組單體布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，并將改進(jìn)電池組單體布置結(jié)構(gòu)作為電池組單體布置結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)到所述步驟S2。
[0016]從上述可知，本發(fā)明采用Gambit軟件建立電池組單體布置結(jié)構(gòu)的幾何模型，然后對(duì)幾何模型進(jìn)行幾何劃分的網(wǎng)格如圖1所示，Gambit輸出的網(wǎng)格文件(.msh)讀入Fluent軟件中，并設(shè)置邊界條件，包括鋰電池的產(chǎn)熱速率、各零部件的熱物理參數(shù)和與外部的對(duì)流換熱系數(shù)。然后利用Fluent求解連續(xù)性方程，動(dòng)量方程，能量方程，湍流能量方程和湍流耗散方程，獲取電池組單體溫度分布圖。根據(jù)分析溫度分布圖中電池組單體的對(duì)應(yīng)溫度值，分析影響電池組單體散熱的因素，從而對(duì)電池組單體布置結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷的改進(jìn)，最終得到最優(yōu)電池組單體布置結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:對(duì)電池組單體相應(yīng)的溫度值的不同,對(duì)電池組單體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而改善在充放電過(guò)程中各電池單體溫度分布不均勻的現(xiàn)象，提高電池組