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低温环境下电动汽车电池包被动保温策略

1、研究背景

电动汽车以其高效、环保的特点被认为是传统内燃机汽车的替代品，而锂离子电池以其高能量密度、低成本、长寿命等优异性能成为电动汽车的主流电源。然而，锂电池的整体性能易受环境温度的影响，性能衰退导致的里程焦虑问题阻碍了电动汽车在寒区的大规模应用。电动汽车在寒区的热管理策略可以总结为主动加热和被动保温，主动加热需要消耗的电量来加热电池系统，而被动保温通过存储电池运行过程中产生的余热来维持理想温度，无需消耗额外的电量。因此，开发高效的被动保温策略对于推动电动汽车在高寒地区的广泛应用具有重要意义。

2、主要贡献

要点1

构建了一个经过实验验证的低温环境下电池包保温模型，模型考虑了电池包内部空气的自然对流以及随温度的动态热物性变化；

图1不同时刻下电池包竖直方向温度云图。（a-d）1800s/3600s/5400s/7200s竖直方向温度云图

要点2

针对不同位置气凝胶对电池包保温性能的影响进行了敏感性分析，获取了电芯，模组以及电池包层级气凝胶最优布置方案；

图2在不同位置布置隔热材料对电池包保温性能的敏感性分析

要点3

探究了不同流场布置方案对电池包保温性能的影响，通过实验和仿真结果探究了最优防护策略。

图3FFD1方案

图4不同流场布置方案及其对电池包保温性能的影响。(a)FFD2方案布置示意图，尼龙块用于减少电池包内部空气域体积，云母板用于隔绝自然对流；(b)FFD3方案布置示意图，相比于FFD2，云母板完全隔绝了电池包中部空气域于周围空气域之间的对流传热；(c)FFD1、FFD2及FFD3布置方案的仿真结果；(d)针对FFD2方案的实验结果

3、研究结论

1.实验与仿真结果表明，电池包的热量散失途径主要为液冷板与模组底部的热传导以及与包内空气的自然对流；

2.不同位置气凝胶对电池包保温能力的敏感性分析表明，气凝胶布置在电池包层级的保温效果优于模组层级和电芯层级；

3.减少电池包内的自然对流强度能够显著提升电池包的保温能力。相较于FFD1方案，在零下30℃环境搁置12h后，电池包平均温度分别提升了8.45℃和9.15℃。