随着能源危机和环境问题日益严重,汽车产业在国际市场受到了影响。想要解决未来汽车工业的可持续发展问题,以电动汽车为主的研发和生产便成了重要途径。由于路况的复杂,汽车运行过程中会频繁地在充放电中来回切换,导致电池温度上升,温度过高时,电池的功率和能量会受到影响,充放电循环效率也会降低,甚至还会引起热失控、爆炸等安全问题。因此,有效的电池热管理系统对于电动汽车的发展意义重大。本文的研究对象为车用方形磷酸铁锂电池,开展了以下研究:(1)介绍了方形磷酸铁锂电池的内部结构、工作原理,以及单体电池的生热机理和传热机理。探讨电池热模型基本理论和基本参数,建立了磷酸铁锂单体电池电化学-热耦合模型,得出电池在不同放电倍率下的温升曲线和温度分布情况,为散热系统的结构设计做好铺垫。(2)根据锂电池表面的温度分布,设计了相变材料-锥形管散热结构。将传统的相变材料冷却与液体冷却方法相结合虽能降低电池表面温度,但却不能减小温差,本文利用锥形管的表面积变化来改变传热效率,减少电池高温区域积聚的热量,改善温度均匀性。通过正交试验法分析了锥形管的口径尺寸、数量、相变材料层厚度和冷却液入口流速对散热效果的影响。结果表明:对电池表面最高温度和最大温差两指标来说,冷却管数量的改变对散热效果影响都是最大的,冷却液入口流速次之。而对于电池表面最高温度来说,锥形管口径尺寸的变化影响最小。对于最大温差,相变材料层厚度影响最小。得出的较优组合方案可将电池温度在5C大电流持续放电的工况下控制在安全合理的范围内。(3)电池产热时,高温主要积聚在内部,在外部安装冷却系统不直接且复杂。为此,我们设计了一种电池内部散热结构,将布有冷却管道的冷却板插入电池内部,从内部进行温度控制。选择正交试验法分析了冷却管道截面尺寸、冷却片厚度、冷却液流速和冷却片上管道排布对散热效果的影响,得出结论:四个因子对于电池表面温度性能的影响程度是一致的,入口冷却液流速最为重要,冷却片上管道排布的安排次之,冷却片厚度影响最小。对较优组合进行温度仿真,其以一种自带散热的新电池结构有效降低了电池产生的高温,这一新型电池结构的提出,为散热研究领域和电池的设计领域引出了一种新的方向。(4)车用锂电池在使用时是将单体通过串并联组成电池模组,模组内不同位置换热条件不同,导致单体电池间的温度一致性较差,影响模组的多项使用性能。分别将研究的两种散热结构代入电池模组,进一步优化。通过对比,相变材料-锥形管散热结构能够较好的保证模组温度的均匀性,而电池内部散热结构能有效降低模组整体的温度,且空间利用率较高。两种优化后的散热结构各有特色,均满足了电池热管理系统的要求。