基于RAV-4的电动汽车电池组风冷系统的研究

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。

（三）对电池组温度的监控

　　&nb sp; RAV-4的设计是比较成功的，在汕头国家电动汽车示范运行管理中心的8台RAV-4已经运行了9年之久，目前电池性能还很不错，续行驶里程在100公里以上。本文在整个电池包内选择40个温度测量点，通过40路温度测量装置以每5秒采集一次数据对RAV-4电池包的温度数据进行实时采集，并绘制成时间 -温度曲线，如图6：

可以看出在车辆行驶过程中、停车充电过程、充电完成后这三种状态下，电池包各点的温度始终都保持在35℃以下。图6中可以看到各个测量点的温度变化曲线，找出各点对应的电池包中的空间位置，在FLUENT中我们可以看到它们的气体流动情况。

　　在电动汽车实际使用中，个别电池有时会因为客观或人为原因温度过高，此时需要能够提醒驾驶员。本文的40路温度测量软件把临界温度定在80℃，超过这个临界温度曲线会陡然升高，并伴有蜂鸣声。为了验证软件的功能，把其中一路传感器在某两个时刻的温度改为120℃和81℃（均大于80℃），可明显看到一条 90度的折线，如图7：

图8为用MATLAB画出的某一时刻电池包内40个点的温度分布。冷却风扇在近面一端，从前向后温度有升高趋势，中间和两侧的温度也比较高。其结果与仿真所得各点气流速度相近。

五、总结

　　电池温度对电池的性能和寿命都有很大的影响，要综合考虑以确定电池的最优工作温度范围。在进行冷却时需选择更有效的方法对电池组进行冷却，事实证明采用空冷时，并行通风冷却要比串行冷却接触面积大，冷却效果要好。通过多点的温度传感器对电池组进行测量发现RAV-4电池包能够保持良好的通风冷却效果，虽然测量点之间温度存在差异但并不大且都没有超出40℃。利用FLU-ENT仿真出的气体流动情况能够与试验结果相吻合。