纯电动物流车电池液冷热管理结构优化

发布时间：2019-07-30 21:39

【摘要】：国内纯电动汽车产业近年发展迅猛,而电池性能是制约纯电动汽车发展的最重要的技术瓶颈之一。温度对电池工作的电化学性能有着巨大的影响,温度过低会使电池的内阻增大,明显降低电池容量,电池温度过高会引起电池组自燃甚至爆炸。因此必须对电池组设计一套有效的动力电池成组与热管理的结构,才能保证纯电动汽车的动力性能和安全性能。本文针对某公司纯电动物流车的方型磷酸铁锂电池,利用理论公式分析、数值仿真模拟和实验测试相结合的方法对磷酸铁锂电池单体和电池组的热特性进行了相关研究,提出一种新型温控板结构并进行了优化设计,主要研究内容如下:通过对国内外与热管理相关文献的阅读与研究,分析了其国内外的研究及应用现状,总结了各种热管理方式的优缺点,最终确定热管理目标。通过研究相关文献,分析了磷酸铁锂电池的生热机理,并研究了其结构、热物性参数和生热特性。通过对单体电池的HPPC测试和对正负极耳的阻抗实验,得到了电池各部分的内阻值。运用CFD软件建立了电池热分析模型,通过与实验的对比,其对应测点的最大温差不超过0.7℃,验证了仿真的有效性。针对目前的电池包结构,初步设计一套基于并联的铝制多孔扁管温控板的热管理系统,并利用硅橡胶加热片用于模拟电池发热的方法,搭建了实验平台。利用Ansys软件建立了整个平台的仿真模型,仿真和实验的误差小于5%,验证了仿真的有效性。通过对热管理系统的加热和冷却工况的仿真,结果显示电池组整体温差超过了热管理目标,需对系统进行优化。通过设计新型并联通道温控板来优化热管理系统。新型温控板在长度方向的通道分为三大段,通道数沿流动方向依次增加,在入口侧设计了短通道和挡流块以增强流量均匀性,最后通过仿真分析优化了各段的通道数目,减小了温控板的沿程温差,最终电池组整体温差小于5℃,满足了热管理的设计目标。
【图文】：

）电池内阻[7]：在 30℃到 50℃之间，温度变化对锂离子电池内阻的影响 10℃后，其内阻将随着温度的降低而迅速增加。温度下降会使电池导率（常见的如 LiPF6等）下降[8]，进而影响到电池内阻。）电池寿命：电池包内各电池之间的温度差异会使电池单体的电压各不别动力电池出现过冲、过放等现象，这一现象会缩短其本身的可用）电压平台[9]：随着温度的下降，放电电压平台降低，充电电压平台境温度低于-20℃时，电池的充放电都变得困难。内部的电化学反应会因为恰当的高温变得更快，但是高温下快速的反增加，进一步推高电池温度，同时高温也会使电解液、电极、隔板加速降低。电池本身温度过高不仅会造成其性能的衰减，而且会导致安超过某个阈值后，，其内部会产生一连串的放热反应，如电解液、负极，正负极热分解的同时也会和电解液产生反应。高温下的放热反应会温度升高，造成巨大危险。另一方面，如果电池的生热速度大于其散热度不断升高会造成活性物质发生分解，与电解液反应释放气体，造成发生爆炸。

第一章 绪论21]在研究中比较了并行通风和串行通风两种形式，其结构流场图如图 1.2表明串行通风入口处动力电池冷却情况明显好过出口处，电池温度沿风流动升高，入口温度为 25℃时，其电池之间的最大温差高达 18℃，而相同工况通风的温差仅为 9℃。然而 Rami Sabbah[22]等的论文结果表明，动力电池在条件下高倍率放电时，空气对流换热无法有效地将电池温度控制在合适范
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U469.72

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本文编号：2521166