利用电热模拟提高电池设计[外文翻译].doc

利用电热模拟提高电池设计

摘要
在实际行驶条件下，温度大大影响电动和混合动力汽车电池的性能和寿命，因此人们越来越注意对电池的热管理。先进的电化学模型和有限元工具可用于电池的热性能预测，但都有其局限性。在这项研究中，我们描述用实际的几何形状、材料特性、负荷、边界条件来预测热性能的一个单元或单元格的电-热有限元方法。为了表明这一过程，我们模拟了在丰田Prius上使用的两代松下棱柱镍金属氢化物模块的热性能。该模型表明为什么新一代松下模块具有更好的热性能。从两个电池恒流放电得到的热相图表明该模型预测的实验趋势相当不错。这些工具将会大大的使锂电池和其他先进的电池性能更好，并且会在将来成为成本效益的替代方法。该模型已经被用来提高圆柱形锂电池的热性能。
关键词：HEV（混合动力汽车）、散热管理、镍金属氢化物、电池模型、仿真

1、介绍
温度极大的影响电池的性能，因此在混合动力汽车实际行驶条件下电池的热控制是很有必要的。近年来，汽车制造商和他们的电池供应商特别是考虑到产品的生命周期和相关的保修成本越来越注意电池的热管理。一个热量管理系统应该涉及到从“简单的能量平衡方程”到更高级的“先进的热和流体动力学模型的计算”。然而，这管理系统的基本性能是由每一个电池或模块的热设计决定的。因此，最重要的是设计好每一个电池或模块本身良好的热性能。先进的电化学模型可预测电化学电池[1和2]的性能，但是他们不能捕捉到实际的电池或模块硬件（周边情况、终端输出、连接器、互连、安全阀、流量控制器、密封等）之间的传热问题。由于电流的硬件组成，一些有限元模型能够捕捉到热量的几何分布[3和4]，但不能捕捉到热量产生的位置。在过去，我们利用商业的有限元分析软件ANSYS，只得出了图3。产生的热量由纯电阻产生的热和电化学反应的焓变两方面组成。
在这项研究中，我们聚焦在整合电池的电力方面和模块（包括电池硬件）为一个有限元分析模型。我们的目标是：（1）完善电热过程或模型来预测电池和模块的热性能；（2)利用模型预测基线设计（如2001年松下镍金属氢化物[镍氢电池]模块）的热性能和与下一代设计（2004年松下镍氢电池模块）的热性能进行比较；（3）在放电条件下比较预测结果和红外成像模块。
2、方法