基于RAV-4的電動(dòng)汽車電池組風(fēng)冷系統(tǒng)的研究

　　三、RAV-4電動(dòng)汽 車中電池組冷卻方式

　　按照傳熱介質(zhì)分類，熱管理系統(tǒng)中對(duì)電池的冷卻方式可分為氣冷、液冷及相變材料冷卻3種。RAV-4電動(dòng)汽車中電池的冷卻是氣冷。

　　目前空冷散熱通風(fēng)方式一般有串行和并行兩種，如圖2所示：

　　某一工況下，選擇不同通風(fēng)方式時(shí)電池組的溫度場(chǎng)分布比較見(jiàn)圖3。其中，圖3a表明從外側(cè)到中央溫度從35～140℃遞增；圖3b表明從左側(cè)到右側(cè)溫度從40～60℃遞增；圖3c表明溫度均為45℃左右。

　　由圖3可知，采用并行通風(fēng)方式是最有效的。這種方法的最大優(yōu)勢(shì)是每個(gè)模塊都可以吹到等量的冷空氣，保證了模塊間溫度的一致性。這樣，電池組的溫度就可以用幾個(gè)特定位置的模塊溫度來(lái)表示。

　　四、RAV-4電動(dòng)汽車電池組冷卻方式的研究

　　由于本文中氣流速度比較低，所以電池包中不同點(diǎn)的氣體流量氣流速度基本能夠說(shuō)明那里冷卻效果的好壞。

　　（一）RAV-4電動(dòng)汽車電池組結(jié)構(gòu)分析

　　豐田的RAV-4電動(dòng)汽車電池組采用的是風(fēng)冷方式。它具有特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，電池包中放置24塊鎳氫電池模塊，電池包由底座和上蓋組成，整體材料主要是纖維復(fù)合材料，厚度3mm，通過(guò)高壓沖壓成型，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，排氣系統(tǒng)中的排氣孔均勻地分布于電池箱的底部，設(shè)計(jì)上充分考慮到汽車前進(jìn)時(shí)在電池箱底部形成的負(fù)壓區(qū)，對(duì)箱內(nèi)氣體起引射作用。

　　電池包中尾端裝有二臺(tái)風(fēng)機(jī)，可對(duì)電池進(jìn)行強(qiáng)制性吹風(fēng)冷卻，送風(fēng)管道由電池包的上蓋結(jié)構(gòu)形成，風(fēng)機(jī)送出的風(fēng)可到達(dá)24塊電池模塊的上端。

　　電池模塊的特殊結(jié)構(gòu)：電池模塊是由10只單體鎳氫電池組成，在單體電池的側(cè)面，留有通風(fēng)冷卻通道，每面有7條。由10只單體電池組成的電池模塊就有9條通風(fēng)通道，這些通道能夠?qū)﹄姵毓ぷ鬟^(guò)程中進(jìn)行通風(fēng)冷卻作用。

　　電池包底座安裝24塊電池模塊，在每塊電池下面開(kāi)有2個(gè)通風(fēng)孔，直徑為30mm，總共有48個(gè)通風(fēng)孔。通風(fēng)孔入口處設(shè)置有通風(fēng)導(dǎo)流板，導(dǎo)流板讓氣流流動(dòng)朝著一個(gè)方向。

　　下圖是RAV-4電池包內(nèi)電池的通風(fēng)路線的示意圖：

　　當(dāng)汽車行駛時(shí)，它是采用自然對(duì)流冷卻法將外界空氣吸入從電池包底部小孔排出，而不使用風(fēng)機(jī)。停車充電時(shí)，開(kāi)啟風(fēng)機(jī)對(duì)電池包進(jìn)行強(qiáng)迫制冷，屬于強(qiáng)迫空氣對(duì)流冷卻法。從整個(gè)通風(fēng)線路來(lái)看，它屬于并行通風(fēng)。此設(shè)計(jì)保證了最大限度的冷卻面積，使冷卻效果保持最佳。

　　為了研究它的冷卻性能，可以分別利用仿真和試驗(yàn)兩種方法。

　　（二）仿真技術(shù)的應(yīng)用

　　通過(guò)建立整個(gè)電池包的模型在GAMBIT中用網(wǎng)格把它細(xì)分并最終在FLUENT中進(jìn)行流場(chǎng)的模擬仿真。每一個(gè)電池模塊都是由10個(gè)單體電池并聯(lián)組成的。電池模塊風(fēng)道系統(tǒng)的模型在Gambit中建立，同時(shí)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖5所示。給定進(jìn)風(fēng)口壓力為大氣壓力，電池組采用1C倍率進(jìn)行充放電循環(huán)，進(jìn)風(fēng)口溫度標(biāo)定為環(huán)境溫度25℃，出風(fēng)口試驗(yàn)測(cè)得溫度為32℃，速度5m/s。電池模塊的產(chǎn)熱功率為489.1W，由于κ-ε湍流模型能提供流動(dòng)的真實(shí)情況，計(jì)算時(shí)采用該模型。

　　仿真結(jié)果中風(fēng)扇出口附近及正對(duì)風(fēng)扇的一片區(qū)域流速較快，而遠(yuǎn)離風(fēng)扇的地方和電池包中間以及兩側(cè)氣體流速較小。