关键词：工程机械；动力电池；液体冷却
引言
随着国家大力发展新能源行业以及动力电池技术的逐渐成熟，工程机械中也开始逐步使用该项技术。新能源机械符合国家可持续发展的战略方针，目前的工程机械普遍使用柴油为主要燃料，对环境污染较大，并且严重浪费传统能源。结合目前国家发展趋势，研发新能源工程机械代替部分燃油型小型工程机械是当前工程机械发展的热点之一。
1动力电池初步方案的模型建立及温度仿真
1.1电池包几何模型
根据要求，需将动力电池包整合在微型小卡车上，选型为跃进小福星SH1032PBGBN，车身宽度1.74m，车身高度2.07m，根据拉板车车身的尺寸，选将120个电池单体分为两层，每层由12个电池包串联连接，每个电池包由5个动力电池组串联连接，总体采用2层12列的串联方式进行布置，整个电池包的额定电压为380V，额定容量为80Ah。
为使动力电池包满足散热要求，并保证结构精简化，考虑到底层通风状况，在电池包底部和两层中间分别布置液冷板，并将导热硅胶垫片安置在电池单体之间，使电芯之间的贴合更加紧密，还可以缓冲电池包收到的冲击力，起到抗震减震的作用，保护电池单体；为防止电池包之间过于紧凑，影响散热，电池包与电池包之间在z方向和x方向各留有30cm的间隙。
1.2电池包数学模型
动力电池组的主要散热方式是强迫对流换热，对于此类问题，目前工程流动和传热问题的普遍解决办法是选用k－e湍流模型，因此本文选用此模型来建立仿真计算数学模型。2相变冷却电池模块实验台架的搭建和测试通过搭建相变冷却锂电池模块充放电实验台架，研究相变冷却对锂电池的散热效果。
2.1锂电池模块组装
本实验选用K型热电偶作为电池温度传感器。K型热电偶是一种被广泛使用的金属热电偶，具有线性度和灵敏度高，热电动势较大，稳定性好，抗氧化性强等优点。用耐高温导热胶将标定好的热电偶的测温端粘贴在电池侧面中部。
2.2台架搭建和充放电实验测试
将锂电池模块布置的热电偶连接到温度测试仪相应的通道，锂电池模块通过动力线与SOARING电池充放电仪连接，电池充放电仪通过串口线与上位机相连。整个实验台见图10，主要包含如下3个部分：
（1）电池充放电仪：采用SOARING高效回馈电池化成与分容系统，通过配套的上位机控制软件编辑测试工步，可以实现各通道恒压、恒流、恒功率等充放电模式，以及搁置、循环等模式；
（2）恒温箱：采用HT-150L型可程式恒温恒湿试验箱，作为锂电池模块的一个温控系统，模拟锂电池实际充放电所处的环境温度；
（3）温度测试仪：采用JK-16C型多路温度测试仪按照每秒钟读取1个温度数据的频率进行测试，温度数据可以直接存储在U盘中。
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具体实验步骤：
（1）将锂电池模块放入恒温箱中，调节可控恒温箱的温度为5℃，将锂电池模块搁置30min；
（2）待锂电池温度稳定后，以0.5C倍率进行恒流充电（30A），当充电时间为150min或电池电压≥4.15V时，自动跳转下一步；
（3）搁置30min，使电池温度降到恒温箱温度；
（4）待电池温度稳定后，以1C倍率进行恒流放电（60A），当放电时间为60min跳转下一步，同时记录锂电池模块放电过程中各测点的温度变化；
（5）搁置30min，结束。分别将步骤（4）中的恒流放电电流变为2C、3C、4C、5C，并且调整相应的放电时间，放电截止电压仍然为3.0V，在重复步骤（2）、（3），获得环境温度为5℃下，相变冷却锂电池模块不同放电倍率下各测点温升情况。
3相变冷却锂电池模块实验结果分析
3.1电池温升分析
在不同环境温度和不同放电倍率下，可以反映出整个锂电池模块的温升情况。
（1）同一环境温度下，放电倍率越大，电池温升速度越快，因为根据Bernardi电池生热速率公式，电池生热量随放电电流的增大而增大；
（2）同一放电倍率下，环境温度越低，电池温度上升越快，因为电池温度越低，电池欧姆内阻、极化内阻越大，电池生热速率越大；
（3）在电池恒流放电过程中电池温度持续上升，放电初期温度上升较快，在相变点后电池温升速率逐渐减小。
3.2放电结束时刻各测点温度特性分析
通常情况下，锂电池工作的适宜温度为20~50℃，电池组内最大温差应低于5℃。在此温度范围内电池可获得最佳的工作性能和循环使用寿命。因此，需要对相变冷却锂电池模块的最高温度和最大温差进行研究。在5℃、20℃、35℃3个环境温度下，记录锂电池模块不同倍率放电结束时刻，计算得到每种工况下各测点之间的最大温差，得到各测点最高温度和最大温差随放电倍率。
由此可知，锂电池模块测点最高温度随放电倍率的增大而增大；同一放电倍率下，锂电池模块测点最高温度随着环境温度的升高而增大。在大倍率放电情况下，相变冷却能将电池最高温度控制在50℃以下，充分利用了相变材料的潜热、有很好的控温效果。
结语
1）针对相变材料传热实验相变过程温度变化进行模拟，模拟结果与实验结果相对比误差很小，表明了本文采用的模型与方法的正确性。
2）相变材料冷却结构可以满足动力电池低放电倍率下的冷却需求，但是在高放电倍率下电池组温度均匀性差，长时间高功率放电条件下电池温升过高，存在一定缺陷。
参考文献
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论文作者:王历鑫
论文发表刊物:《城镇建设》2019年2卷17期
论文发表时间:2019/11/29
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