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1、摘 要电动汽车因其节能环保的优点已成为当今汽车产业发展的潮流。但是，电动汽车的电池包在使用过程中的发热现象是一个值得注意和研究的问题。其热量的存在不仅影响电池的性能，而且存在着安全问题。因此电池包的热管理系统是电动汽车和混合动力在所有的工况和环境下安全有效行驶过程中必不可少的辅助系统。本文第一部分探讨了课题研究的意义以及国内外的研究现状；第二部分简单的介绍了动力电池的特点（以镍氢电池为例）和电池包的散热技术；第三部分针对电池包的结构设计提出了一些具体的设计流程、要求以及参数确定；第四部分以某新能源科技有限公司生产的高性能镍氢动力电容电池-NMCH300S为例运用Pro/E三维软件对电池箱体建模
2、，并用Auto-CAD绘制机械工程图；第五部分运用有限元ANSYS软件对箱体强度校核；第六部分介绍电池冷却系统的其他设备。本论文总结电池散热系统的冷却方式，运用三维建模软件设计出了电池包的机械结构并绘制出了电池包的机械工程图，并校核了电池包满足其基本的强度要求。关键字：液冷散热系统，动力电池，箱体设计，强度校核- 39 - / 39AbstractGiven the advantages of energy saving and environmental protection，Electric vehicles has become the development trend of toda
3、ys automotive industry. However, the electric car battery package in the course of the fever phenomenon is worth paying attention to it. The existence of the heat not only affects the battery performance, but also be a security problems. Battery package thermal management system is essential auxilia
4、ry systems in the process of electric cars and hybrid driving safe and effective under all conditions and environment. The first part discusses the significance of the research and domestic and international research status; the second part describes the dynamic characteristics of the battery, such
5、as nickel-metal hydride battery and the battery package cooling technology; the third part talks about the battery package project and mainly contains the design of some specific design process, requirements, and parameters; the fourth part specific talks about modeling on the battery-NMCH300S batte
6、ry box whose battery produced by certain Co., Ltd. of high-performance nickel-hydrogen capacitor, and draws mechanical drawings with Auto-CAD software; the part V uses the finite element ANSYS software to check box strength; the sixth section describes the other equipment of the battery cooling syst
7、em.This paper have summarized the cooling pattern of battery liquid cooling system, used 3D modeling software to design the mechanical structure of the battery pack and drew out the battery pack of mechanical engineering drawings, and checked the battery package stress to meet their basic strength r
8、equirements.Key words: Liquid-cooled cooling system, battery structural design, strength check目 录第一章绪论- 1 -1.1课题的提出- 1 -1.2课题的研究意义- 2 -1.3电动汽车电池包国内外的研究现状- 2 -第二章 动力电池冷却技术简介- 6 -2.1镍氢电池的特点- 6 -2.2MH/Ni电池模块工作时的发热量- 6 -2.3主动系统和被动系统- 7 -2.4电池包的散热技术- 7 -2.4.1空冷- 8 -2.4.2液冷- 8 -2.4.3冷板散热- 9 -2.4.4相变材料与热管-
9、 9 -第三章 电池包的设计流程- 11 -3.1电池包设计的要求- 11 -3.2电池包设计的流程- 12 -3.3电池包参数的确定- 12 -3.4电池包型材的选择- 13 -3.5电池包结构形状- 14 -第四章 电池包的三维造型与制造工艺- 17 -4.1基于Pro/E的电池箱体三维造型方法- 17 -4.2电池包其他零件- 21 -4.3电池包的装配- 22 -4.4电池包的制造工艺- 23 -第五章 电池箱的强度校核- 25 -5.1强度理论- 25 -5.2有限元ANSYS简介- 25 -5.2.1ANSYS模块- 25 -5.2.2ANSYS架构- 26 -5.3模型与有限元分
10、析- 27 -5.3.1IGS文件的生成- 27 -5.3.2模型的材料与约束- 28 -5.3.3模型的网格划分、施加载荷和边界条件- 28 -5.3.4电池箱体模型的有限元分析- 30 -5.3.5箱体强度校核- 31 -第六章液冷系统的其它设备- 33 -6.1微型控制器和温度传感器- 33 -6.2冷却液泵和风扇- 33 -6.3电控三通阀- 34 -6.4散热器- 34 -6.5不燃绝缘冷却液- 34 -6.6冷却液管道- 35 -6.7加热系统- 35 -总结与展望- 36 -第一章绪论课题的背景和意义为缓解日趋严重的城市环境（尤其是大气）污染和不可再生能源的枯竭，全球气温上升的危
11、害加剧等问题的不断加深，电动汽车已经成为汽车行业的热门话题。各国政府和国内外汽车企业都普遍认识到电动汽车产业发展的重要性和紧迫性。发展电动汽车从根本上解决汽车产业涉及上述问题最佳解决途径。最终实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略性转移。目前，电动汽车发展的仍然存在诸多的技术瓶颈有待解决或突破，如电动汽车电池问题、安全问题、电机驱动及传动技术、控制技术、汽车轻量化、车体外形设计、电动车标准、充电站基础设施建设、以及电动车成本以及销售方面等方面。尽管存在诸多问题，但是电动汽车产业发展已成为一个必然的发展趋势。1.1 课题的提出动力电池是电动汽车的力量之源，它不仅为电动汽车的驱动电机
12、提供电能，将通过驱动电机将电能转化为机械能，通过直接或间接（传动装置）驱动汽车车轮，而且还为汽车上的其他辅助设备以及娱乐设备提供必要的电能。根据电池对电能的储存方式和工作原理，动力电池可以分为一次电池、二次电池、燃料电池、储备电池。就目前研究和使用状况来看，二次电池盒燃料电池在电动汽车上应用的最为广泛。二次电池中包括铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂电池、锂离子电池等。其中镍氢电池具有无污染、大功率、高蓄能、重量轻、循环使用寿命长而体积小的优良特性，同时还具备无记忆效应的优点。动力电池安装到电动汽车行驶过程中，电池的工作状况和使用寿命不仅与电池本身的结构和原理有关系，而且与其工作环境有密切联系。
13、恶劣的外界环境和错误的使用的方法都会给电池本身产生极大的危害，严重时导致电池无法正常工作，此时需要为电池设计管理系统，以实现对电池组的监控、管理、保护和报警等功能，实现电池的自动维护，从而提供电池组的使用效率和使用寿命。本课题主要是针对电动汽车（客车）电池包长时间工作在比较恶劣的热环境中，将降低电池性能， 缩短电池使用寿命，同时电池箱内温度场的长久不均匀分布将造成各电池模块之间性能的不均衡。电动车行驶过程中，镍氢电池处于不断的充放电状态，同时电化学反应的过程，所以电池在该过程会产生大量的热量，然而电池的性能受气环境温度（镍氢电池的最佳工作温度为2040之间，模块间的温度在5以下）因素的影响极其
14、的敏感，因此需要一套热管理系统对其进行恒温控制。当车辆在交替变换的复杂的工况下行驶时，电池的放电的倍率随之改变，相应的电池生热效率也有所不同，再加上时间的积累以及个单体电池的温度的差异性使电池中热量不均匀的聚集，从而导致电池组中运行环境复杂多变。再者在低温环境下，电池内部的电化学反应由于受温度影响也不能正常的运行，需要对电池组进行加热。因此为了能使电池充分发挥其性能的优越性并延长电池寿命。本课题主要是设计电池组热管理系统的机械结构层面来解决电池包热管理问题-即合理的设计电池包的散热/加热系统的结构。1.2 课题的研究意义电池包的热管理是电动汽车在所有气候条件下有效运行必不可少的辅助系统。电池液
15、冷系统是电池包热管理的一个核心的机械部分，其良好的设计理念对整个系统乃至整个电动汽车的发展都有实质性的突破。优秀的设计方案不仅能提高电池包的散热效率，减轻汽车的重量，还能更好的保证电动汽车的安全性和使用寿命。动力电池液冷系统是电动汽车电池管理系统的一个重要组成部分，散热、加热高效均匀，结构简单简洁，价格适中且实用的电池液冷系统不仅为电动汽车电池组提供一个安全稳定的工作环境，还可以降低电动汽车的成本，对电动汽车的产业化，市场化发挥重大的作用。1.3 电动汽车电池包国内外的研究现状电池包作为汽车上的动力源，为电动汽车提供电池包作为汽车上的动力源，为电动汽车提供运行所需的能量。除了选取合理的电池，还要设计合理的结构装载电池，同时能够有效地监测管理电池的运行，从而保证电动汽车的正常运行。根据电动车辆类型的不同，电池包的结构设计、所装载电池的选取、以及管理系统的设计都大不一样。目前国内外都在积极地研发合理的电池包，提高电动车性能。除了需要电池研发专家提高单体电池的性能，也需要我们合理的设计电池包结构装载电池组以提高电池成组后性能，保证电池组能够适应车辆的实际运行模式，尽可能的是电池单体处在最佳的运行环境中使用并且能发挥其最佳性能。随着镍氢电池技术的发展，使得以前制约电动车发展的蓄电池的性能基本上能满足电
