基于RAV-4的电动汽车电池组风冷系统的研究

　　三、RAV-4电动汽 车中电池组冷却方式

　　按照传热介质分类，热管理系统中对电池的冷却方式可分为气冷、液冷及相变材料冷却3种。RAV-4电动汽车中电池的冷却是气冷。

　　目前空冷散热通风方式一般有串行和并行两种，如图2所示：

　　某一工况下，选择不同通风方式时电池组的温度场分布比较见图3。其中，图3a表明从外侧到中央温度从35～140℃递增；图3b表明从左侧到右侧温度从40～60℃递增；图3c表明温度均为45℃左右。

　　由图3可知，采用并行通风方式是最有效的。这种方法的最大优势是每个模块都可以吹到等量的冷空气，保证了模块间温度的一致性。这样，电池组的温度就可以用几个特定位置的模块温度来表示。

　　四、RAV-4电动汽车电池组冷却方式的研究

　　由于本文中气流速度比较低，所以电池包中不同点的气体流量气流速度基本能够说明那里冷却效果的好坏。

　　（一）RAV-4电动汽车电池组结构分析

　　丰田的RAV-4电动汽车电池组采用的是风冷方式。它具有特殊的结构设计，电池包中放置24块镍氢电池模块，电池包由底座和上盖组成，整体材料主要是纤维复合材料，厚度3mm，通过高压冲压成型，具有良好的机械强度，排气系统中的排气孔均匀地分布于电池箱的底部，设计上充分考虑到汽车前进时在电池箱底部形成的负压区，对箱内气体起引射作用。

　　电池包中尾端装有二台风机，可对电池进行强制性吹风冷却，送风管道由电池包的上盖结构形成，风机送出的风可到达24块电池模块的上端。

　　电池模块的特殊结构：电池模块是由10只单体镍氢电池组成，在单体电池的侧面，留有通风冷却通道，每面有7条。由10只单体电池组成的电池模块就有9条通风通道，这些通道能够对电池工作过程中进行通风冷却作用。

　　电池包底座安装24块电池模块，在每块电池下面开有2个通风孔，直径为30mm，总共有48个通风孔。通风孔入口处设置有通风导流板，导流板让气流流动朝着一个方向。

　　下图是RAV-4电池包内电池的通风路线的示意图：

　　当汽车行驶时，它是采用自然对流冷却法将外界空气吸入从电池包底部小孔排出，而不使用风机。停车充电时，开启风机对电池包进行强迫制冷，属于强迫空气对流冷却法。从整个通风线路来看，它属于并行通风。此设计保证了最大限度的冷却面积，使冷却效果保持最佳。

　　为了研究它的冷却性能，可以分别利用仿真和试验两种方法。

　　（二）仿真技术的应用

　　通过建立整个电池包的模型在GAMBIT中用网格把它细分并最终在FLUENT中进行流场的模拟仿真。每一个电池模块都是由10个单体电池并联组成的。电池模块风道系统的模型在Gambit中建立，同时进行网格划分，如图5所示。给定进风口压力为大气压力，电池组采用1C倍率进行充放电循环，进风口温度标定为环境温度25℃，出风口试验测得温度为32℃，速度5m/s。电池模块的产热功率为489.1W，由于κ-ε湍流模型能提供流动的真实情况，计算时采用该模型。

　　仿真结果中风扇出口附近及正对风扇的一片区域流速较快，而远离风扇的地方和电池包中间以及两侧气体流速较小。