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動力鋰電池組熱管理系統性能優化研究
摘要：本文建立了電動汽車鋰離子電池的三維熱仿真模型，為使該空冷卻散熱系統散熱性能達到最優化，通過計算 流體動力學與正交試驗相結合的優化方法，對空氣初始溫度；對流換熱系數；空氣流速三個因素進行優選， 揭示了三個因素對峰值溫度的影響。最后得到了鋰離子電池組在 3C 倍率放電時其最優方案組合為：312K 的空氣初始溫度；3W/（m2 /K）的對流換熱系數；3m/s 的空氣流速。
節選段落一：
2 數值模擬及試驗設計
2.1 鋰電池組模型設計
選用動力鋰電池采用四串五并連接成電
池組模塊，該電池組由 20 顆電池組成，圖1
為動力鋰離子電池模組三維模型，整個電池
組共有20個18650電池，12條圓形空氣冷卻流
道為電池模組散熱，整個電池組模塊材料為
鋁，每條圓形流道的直徑為5mm。節選段落二：
電池
冷卻流道
鋁殼
（a）動力鋰離子電池模組幾何模型
參數
標稱容
量 /Ah
標稱電
壓 /V
內阻
/mΩ
尺寸 /
mm
質量
/g
NCR186
50PF
2.9 3.6 25 18×65 44.5
表1 電池物理參數
2.2 正交試驗設計
影響鋰電池組峰值溫度的因素有很多，
本文主要選擇空氣初始溫度，電池模組的對
94 AUTO TIME
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽車
流換熱系數，空氣流速為影響因素。這三個
個因素之間的交互作用很小，可以認為因素
之間不存在交互作用，本實驗共三個實驗因
素，每個實驗因素取三個水平，其取值情況
如表2。節選段落三：
根據極差分析和方差分析，對于電池組
的峰值溫度空氣流速對電池組峰值溫度影響
最大，根據流速的增加而呈現出減少的趨
勢。主要原因是因為電池組的中央部分的電
池單體散熱效果不好，而空氣流道分布在電
池模組中間位置，空氣冷卻能夠帶走部分熱
量，這樣會使得電池組峰值溫度變低。
最優方案312K的空氣初始溫度；3W/
（m2/K）的對流換熱系數；3m/s的空氣流速。
通過Fluent軟件仿真得到電池組模塊的溫度場結
果如下圖所示，其峰值溫度為313.006℃，此時
整個電池組峰值溫度最低。
參考文獻：
[1] 凌子夜，方曉明，汪雙鳳，等 . 相變材料
用于鋰離子電池熱管理系統的研究進展 [J].
2 數值模擬及試驗設計
2.1 鋰電池組模型設計
選用動力鋰電池采用四串五并連接成電
池組模塊，該電池組由 20 顆電池組成，圖1
為動力鋰離子電池模組三維模型，整個電池
組共有20個18650電池，12條圓形空氣冷卻流
道為電池模組散熱，整個電池組模塊材料為
鋁，每條圓形流道的直徑為5mm。節選段落二：
電池
冷卻流道
鋁殼
（a）動力鋰離子電池模組幾何模型
參數
標稱容
量 /Ah
標稱電
壓 /V
內阻
/mΩ
尺寸 /
mm
質量
/g
NCR186
50PF
2.9 3.6 25 18×65 44.5
表1 電池物理參數
2.2 正交試驗設計
影響鋰電池組峰值溫度的因素有很多，
本文主要選擇空氣初始溫度，電池模組的對
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流換熱系數，空氣流速為影響因素。這三個
個因素之間的交互作用很小，可以認為因素
之間不存在交互作用，本實驗共三個實驗因
素，每個實驗因素取三個水平，其取值情況
如表2。節選段落三：
根據極差分析和方差分析，對于電池組
的峰值溫度空氣流速對電池組峰值溫度影響
最大，根據流速的增加而呈現出減少的趨
勢。主要原因是因為電池組的中央部分的電
池單體散熱效果不好，而空氣流道分布在電
池模組中間位置，空氣冷卻能夠帶走部分熱
量，這樣會使得電池組峰值溫度變低。
最優方案312K的空氣初始溫度；3W/
（m2/K）的對流換熱系數；3m/s的空氣流速。
通過Fluent軟件仿真得到電池組模塊的溫度場結
果如下圖所示，其峰值溫度為313.006℃，此時
整個電池組峰值溫度最低。
參考文獻：
[1] 凌子夜，方曉明，汪雙鳳，等 . 相變材料
用于鋰離子電池熱管理系統的研究進展 [J].
