基于RAV-4的電動汽車電池組風冷系統(tǒng)的研究

　　三、RAV-4電動汽 車中電池組冷卻方式

　　按照傳熱介質分類，熱管理系統(tǒng)中對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電動汽車中電池的冷卻是氣冷。

　　目前空冷散熱通風方式一般有串行和并行兩種，如圖2所示：

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

　　由圖3可知，采用并行通風方式是最有效的。這種方法的最大優(yōu)勢是每個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特定位置的模塊溫度來表示。

　　四、RAV-4電動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的氣體流量氣流速度基本能夠說明那里冷卻效果的好壞。

　　（一）RAV-4電動汽車電池組結構分析

　　豐田的RAV-4電動汽車電池組采用的是風冷方式。它具有特殊的結構設計，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合材料，厚度3mm，通過高壓沖壓成型，具有良好的機械強度，排氣系統(tǒng)中的排氣孔均勻地分布于電池箱的底部，設計上充分考慮到汽車前進時在電池箱底部形成的負壓區(qū)，對箱內氣體起引射作用。

　　電池包中尾端裝有二臺風機，可對電池進行強制性吹風冷卻，送風管道由電池包的上蓋結構形成，風機送出的風可到達24塊電池模塊的上端。

　　電池模塊的特殊結構：電池模塊是由10只單體鎳氫電池組成，在單體電池的側面，留有通風冷卻通道，每面有7條。由10只單體電池組成的電池模塊就有9條通風通道，這些通道能夠對電池工作過程中進行通風冷卻作用。

　　電池包底座安裝24塊電池模塊，在每塊電池下面開有2個通風孔，直徑為30mm，總共有48個通風孔。通風孔入口處設置有通風導流板，導流板讓氣流流動朝著一個方向。

　　下圖是RAV-4電池包內電池的通風路線的示意圖：

　　當汽車行駛時，它是采用自然對流冷卻法將外界空氣吸入從電池包底部小孔排出，而不使用風機。停車充電時，開啟風機對電池包進行強迫制冷，屬于強迫空氣對流冷卻法。從整個通風線路來看，它屬于并行通風。此設計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兩種方法。

　　（二）仿真技術的應用

　　通過建立整個電池包的模型在GAMBIT中用網格把它細分并最終在FLUENT中進行流場的模擬仿真。每一個電池模塊都是由10個單體電池并聯組成的。電池模塊風道系統(tǒng)的模型在Gambit中建立，同時進行網格劃分，如圖5所示。給定進風口壓力為大氣壓力，電池組采用1C倍率進行充放電循環(huán)，進風口溫度標定為環(huán)境溫度25℃，出風口試驗測得溫度為32℃，速度5m/s。電池模塊的產熱功率為489.1W，由于κ-ε湍流模型能提供流動的真實情況，計算時采用該模型。

　　仿真結果中風扇出口附近及正對風扇的一片區(qū)域流速較快，而遠離風扇的地方和電池包中間以及兩側氣體流速較小。