电动汽车动力电池散热结构设计与分析【字数：8753】
摘 要本文主要对电动汽车动力将电池散热结构的设计与分析进行展开。设计三维软件选用的是UG10.0版本。电池选择磷酸铁锂大单体电池，尺寸为176毫米*47毫米*166毫米。电池组选择设计两列电池，每列电池由四组电池组组成，每组电池组由三个单体电池组成。首先，在保证其散热的前提下对电池组的固定进行设计，通过打孔状的散热侧板进行固定。为了保障动力电池在汽车行驶过程中具有良好的可靠性和稳定性，设计了电池包顶部的固定横梁来加固电池组的整体结构。最后在进风口和出风口各布置了两个风扇，并且在进出风口将电池包体延长以减少进气的散热损失，最终达到增强动力电池风冷散热效果的目的。
目录
1. 绪论 1
1.1动力电池对于电动汽车的意义 1
1.2发展现状 2
1.3研究目的与意义 2
2.电池包的几种常用散热方式 3
2.1不同的散热方式 3
2.2动力电池的热管理系统 3
3.设计方案与三维模型的建立 5
3.1 软件的选择 5
3.2 电池的选择 5
3.3 电池组的结构设计 6
3.4 电池包的结构设计 12
4.风扇的设计 16
4.1 进风处风扇的设计 16
4.2 出风处风扇的设计 17
5.结语 19
参考文献 20
致谢 21
1. 绪论
1.1动力电池对于电动汽车的意义
电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用，而电池对其实际效应来说，有着许多的性能指标。比如：电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等。而且，根据电池种类不同，其性能指标也有差异[1]。
电动汽车对动力电池的要求也不少，比如：
①比能量高。电池需要具有较高的比能量，较高的比能量可以使汽车的动力电池在尽可能小的重量的前提下，具有更多的能量储存，也就是说汽车可以有更多的续航里程。[2]
②比功率大。为了使电动汽车能在各种恶劣工况下与燃油汽车相比有较好的竞争力，这就需要电池具有较高的比功率。[2]
③循环寿命长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
。循环使用寿命和电动汽车动力电池的使用时长有直接关系，电池的循环寿命越长，其在正常使用下的行驶公里数就越长，大大降低了更换动力电池较高的成本。[2]
④均匀一致性好。在电动汽车上，电池组的工作电压会达到数百伏，倘若单体电池的性能不一致，在数百只电池的串并联后，电池组的整体性能会受到某些单节电池的影响，从而导致整体电池组的性能下降。因此，需要设计中单体电池在各项性能指标上应具有一定的一致性。 [2]
⑤高低温性能好、环境适应性强。在不同的地方，电池的工作环境温度也都不一样。比如在北方一些及寒冷的地方，电池工作的环境最低温度能达到零下四十多度；而在较南方的地方，电池又要在炎热的环境中长期稳定工作。因此电池需要有较好的高低温特性。[2]
⑥安全性好。能够有效避免因泄漏、短路、撞击、颠簸等引起的起火或爆炸等危险事故发生，确保汽车在正常行驶或非正常行驶过程中的安全。[2]
⑦价格低廉。包括材料来源丰富，电池制造成本低，以降到整车价格，提高电动汽车的市场竞争力。[2]
⑧绿色、环保。电池本身的材料需要有较好的可回收性，对环境无污染。[2]
其实安全性对于任何一件事物来说，都是最重要的，我们都应将其排在首位。而电池组像汽油箱那样，是一种含高能物质的部件。电池中的电解液是用有机溶剂配制而成，其易燃的程度不亚于汽油。正极的氧化剂和负极的还原剂只隔一层微米级厚的隔膜，内短路则生热；充放电时，电池内阻也生热。在达到一定温度时，正极上的氧化剂可与电解液发生化学反应。大量的化学反应热会造成热失控，产生大量气体，导致气压升高、电池破裂，继而出现车辆燃烧、爆炸情况。因此，电动汽车的电池散热系统变得相当重要。
1.2发展现状
动力电池在工作过程中，其管理系统发挥着重要的作用，它协调着动力电池各个系统的正常工作，并根据各种反馈信息合理地分配有限的电池能量，是动力的核心[3]。
动力电池的管理系统通常包括数据采集、剩余容量估算、电气控制以及热管理系统等。其中，电池的热管理技术在电池管理系统中发挥着不可替代的作用。以锂离子电池为例，锂电池的最佳工作温度范围是：25～40 ℃ ，温度每升高1℃，其使用寿命将降低2个月，因此电池的热管理技术具有调节电池温度分布不均匀，使电池组工作在合适的温度范围内，从而达到延长电池使用寿命以及提高其性能的作用[4]。因此，电池的热管理技术是动力电池市场化道路上的最大的阻碍，也是未来研究方向的重点。
1.3研究目的与意义
目的：本课题对电动汽车动力电池的散热结构进行设计，主要是为了改善电动汽车动力电池的散热结构，提高其散热效率，减少因热管理不当而引起的电池组负面影响[5]。
电池是一辆电动汽车中最主要的储能元件，是电动汽车的关键部件，直接影响到电动汽车的性能。而电池组的热管理对当今的电动汽车来说是必须的，原因在于：
①电动汽车电池组会长时间工作在恶劣的热环境中，这将缩短电池的使用寿命并且降低电池的性能[6]。
②电池箱内的温度场长久不均匀分布会导致各个电池模块和电池单体性能的不平衡[7]。
③电池组的热监控和热管理对整车的运行安全来说是相当重要的[8]。
因此，对电动汽车的电池组进行热管理主要意义在于提高电池性能，维持电池使用寿命。
2.电池包的几种常用散热方式
2.1不同的散热方式
当今电动汽车动力电池的散热系统扮演着相当重要的角色，主要分为风冷散热，液冷散热和相变材料冷却这三种散热方式。
①相变材料冷却：相变材料一方面可以将电池产生的热量及时传导出去，另一方面当电池的温度持续升高时，可以吸收并储存能量。但是相变材料的技术还不够成熟，价格相比于其他散热方式更加昂贵，配套的结构更加复杂[9] 。
目录
1. 绪论 1
1.1动力电池对于电动汽车的意义 1
1.2发展现状 2
1.3研究目的与意义 2
2.电池包的几种常用散热方式 3
2.1不同的散热方式 3
2.2动力电池的热管理系统 3
3.设计方案与三维模型的建立 5
3.1 软件的选择 5
3.2 电池的选择 5
3.3 电池组的结构设计 6
3.4 电池包的结构设计 12
4.风扇的设计 16
4.1 进风处风扇的设计 16
4.2 出风处风扇的设计 17
5.结语 19
参考文献 20
致谢 21
1. 绪论
1.1动力电池对于电动汽车的意义
电池作为电动汽车的储能动力源，在电动汽车上发挥着非常重要的作用，而电池对其实际效应来说，有着许多的性能指标。比如：电压、容量、内阻、能量、功率、输出效率、自放电率、使用寿命等。而且，根据电池种类不同，其性能指标也有差异[1]。
电动汽车对动力电池的要求也不少，比如：
①比能量高。电池需要具有较高的比能量，较高的比能量可以使汽车的动力电池在尽可能小的重量的前提下，具有更多的能量储存，也就是说汽车可以有更多的续航里程。[2]
②比功率大。为了使电动汽车能在各种恶劣工况下与燃油汽车相比有较好的竞争力，这就需要电池具有较高的比功率。[2]
③循环寿命长 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
。循环使用寿命和电动汽车动力电池的使用时长有直接关系，电池的循环寿命越长，其在正常使用下的行驶公里数就越长，大大降低了更换动力电池较高的成本。[2]
④均匀一致性好。在电动汽车上，电池组的工作电压会达到数百伏，倘若单体电池的性能不一致，在数百只电池的串并联后，电池组的整体性能会受到某些单节电池的影响，从而导致整体电池组的性能下降。因此，需要设计中单体电池在各项性能指标上应具有一定的一致性。 [2]
⑤高低温性能好、环境适应性强。在不同的地方，电池的工作环境温度也都不一样。比如在北方一些及寒冷的地方，电池工作的环境最低温度能达到零下四十多度；而在较南方的地方，电池又要在炎热的环境中长期稳定工作。因此电池需要有较好的高低温特性。[2]
⑥安全性好。能够有效避免因泄漏、短路、撞击、颠簸等引起的起火或爆炸等危险事故发生，确保汽车在正常行驶或非正常行驶过程中的安全。[2]
⑦价格低廉。包括材料来源丰富，电池制造成本低，以降到整车价格，提高电动汽车的市场竞争力。[2]
⑧绿色、环保。电池本身的材料需要有较好的可回收性，对环境无污染。[2]
其实安全性对于任何一件事物来说，都是最重要的，我们都应将其排在首位。而电池组像汽油箱那样，是一种含高能物质的部件。电池中的电解液是用有机溶剂配制而成，其易燃的程度不亚于汽油。正极的氧化剂和负极的还原剂只隔一层微米级厚的隔膜，内短路则生热；充放电时，电池内阻也生热。在达到一定温度时，正极上的氧化剂可与电解液发生化学反应。大量的化学反应热会造成热失控，产生大量气体，导致气压升高、电池破裂，继而出现车辆燃烧、爆炸情况。因此，电动汽车的电池散热系统变得相当重要。
1.2发展现状
动力电池在工作过程中，其管理系统发挥着重要的作用，它协调着动力电池各个系统的正常工作，并根据各种反馈信息合理地分配有限的电池能量，是动力的核心[3]。
动力电池的管理系统通常包括数据采集、剩余容量估算、电气控制以及热管理系统等。其中，电池的热管理技术在电池管理系统中发挥着不可替代的作用。以锂离子电池为例，锂电池的最佳工作温度范围是：25～40 ℃ ，温度每升高1℃，其使用寿命将降低2个月，因此电池的热管理技术具有调节电池温度分布不均匀，使电池组工作在合适的温度范围内，从而达到延长电池使用寿命以及提高其性能的作用[4]。因此，电池的热管理技术是动力电池市场化道路上的最大的阻碍，也是未来研究方向的重点。
1.3研究目的与意义
目的：本课题对电动汽车动力电池的散热结构进行设计，主要是为了改善电动汽车动力电池的散热结构，提高其散热效率，减少因热管理不当而引起的电池组负面影响[5]。
电池是一辆电动汽车中最主要的储能元件，是电动汽车的关键部件，直接影响到电动汽车的性能。而电池组的热管理对当今的电动汽车来说是必须的，原因在于：
①电动汽车电池组会长时间工作在恶劣的热环境中，这将缩短电池的使用寿命并且降低电池的性能[6]。
②电池箱内的温度场长久不均匀分布会导致各个电池模块和电池单体性能的不平衡[7]。
③电池组的热监控和热管理对整车的运行安全来说是相当重要的[8]。
因此，对电动汽车的电池组进行热管理主要意义在于提高电池性能，维持电池使用寿命。
2.电池包的几种常用散热方式
2.1不同的散热方式
当今电动汽车动力电池的散热系统扮演着相当重要的角色，主要分为风冷散热，液冷散热和相变材料冷却这三种散热方式。
①相变材料冷却：相变材料一方面可以将电池产生的热量及时传导出去，另一方面当电池的温度持续升高时，可以吸收并储存能量。但是相变材料的技术还不够成熟，价格相比于其他散热方式更加昂贵，配套的结构更加复杂[9] 。
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