基于CFD的车用动力锂电池组散热结构优化研究
发布时间：2021-06-11 05:23
动力锂电池成组技术是新能源汽车关键技术之一,动力电池系统的性能决定了整车安全性、续驶里程以及使用寿命等关键评价指标。目前动力电池在整车应用中存在诸多安全问题,适宜的工作区间温度是动力电池有效发挥良好性能的基本条件,因此优化电池组散热结构对于提高整车安全性和性能具有重要意义。目前,车用动力电池包大多数采用单一的冷却方式进行散热,在电池组内部最高温度及最大温差控制方面表现较差。本文研究重点是基于CFD的车用动力锂电池组散热结构优化,探索高效的多介质耦合散热结构应用于电池成组设计中,从而实现良好的温度管理控制。本文主要内容包括以下几个方面:1.提出动力锂电池单体三维非稳态热模型:分析动力锂电池发热机理和传热特性,建立电池热效应模型,对不同倍率充放电条件下的锂电池单体进行瞬态热仿真,设计电池温升实验,对模型的准确性和可行性进行验证和评价。2.构建动力锂电池组三维非稳态热模型:研究从单体动力锂电池到电池组的热模型的建立方法,对动力电池组原始模型进行了瞬态热仿真分析,掌握其温度场分布情况。3.研发基于多介质耦合散热结构的动力电池组:提出两种新型锂电池组散热结构,并对不同散热条件下的温度场进行数值模...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂电池内部结构
基于 CFD 的车用动力锂电池组散热结构优化研究10图2.2 锂电池充/放电过程示意图[35]锂电池在充放电过程中正极、负极反应和总反应的的电化学方程式如下[36]：正极反应：z 1 zLi Liy x yM O M O xLi xe （2.1）负极反应：nCx nxLi xe Li C （2.2）总反应：z 1 zLi nC=Liy x y x nM O M O Li C （2.3）2.2 动力锂电池生热机理分析锂电池的生热机理分析主要是通过建立电池生热速率的数学模型，对锂电池工作状态下热源产生原因以及生热速率影响因素进行描述，而这正是研究锂电池热模型的前提和基础。锂电池在现实工作状态下的生热速率很难通过有效手段获得准确值，因此造成电池热模型求解困难、准确度较低，目前对电池生热速率的估算主要分为实验分析方法和理论计算法[37]。1. 实验分析法通过上一节对动力锂电池的内部组成结构和工作原理分析可知，锂电池生热机理可以描述为在工作状态下电池内部一系列的化学反应产生的热量以及锂离子在不同介质之间迁移产生的内阻热。具体的生热来源主要分为以下四部分[37]：反应热rQ ，欧姆内阻热jQ ，极化热pQ 、副反应热。因此，锂电池的实际生热量Q的表达式为：
[42]。图2.3 数值计算方法求解过程[42]2.3.4 CFD 技术在电池热分析中的应用随着计算机工业的发展，近 20 年来 CFD 技术在工程应用方面得到了越来越广泛的应用。主要因为对于越来越复杂的流体力学工程应用方面的分析，无论是理论分析法还是实验模拟的方法都有较大的限制，既无法通过理论计算求解，
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池正极材料研究[J]. 吴怡芳,白利锋,王鹏飞,马小波,李成山. 电源技术. 2019(09)
[2]锂离子电池负极材料的制备及应用进展[J]. 严旭明,冯光炷,黄雪. 化工新型材料. 2019(07)
[3]锂电池隔膜生产技术现状与研究进展[J]. 刘会会,柳邦威. 绝缘材料. 2014(06)
[4]相变材料用于锂离子电池热管理系统的研究进展[J]. 凌子夜,方晓明,汪双凤,张正国,刘晓红. 储能科学与技术. 2013(05)
[5]Thermal Modeling and Cooling Analysis of High-power Lithium Ion Cells[J]. Zhuqian Zhang,Li Jia,Nan Zhao and Lixin Yang School of Mechanical Electronic and Control Engineering,Beijing Jiaotong University No.3 Shangyuancun,Beijing 100044,China. Journal of Thermal Science. 2011(06)
[6]电池热效应分析[J]. 王峰,李茂德. 电源技术. 2010(03)
[7]锂离子电池的工作原理及其主要材料[J]. 刘璐,王红蕾,张志刚. 科技信息. 2009(23)
[8]HEV用蓄电池输出功率的测试方法研究[J]. 李方,杨毅夫,杨丽华. 电源技术. 2009(03)
[9]电动汽车动力电池的热效应模型[J]. 杨凯,李大贺,陈实,吴锋. 北京理工大学学报. 2008(09)
[10]电池管理系统的概况和发展趋势[J]. 姜久春. 新材料产业. 2007(08)
硕士论文
[1]电动汽车用锂电池三维热物理模型及其应用研究[D]. 许笑天.清华大学 2015
[2]混合动力车用镍氢电池组散热系统CFD仿真与结构设计[D]. 马兆强.重庆大学 2011
[3]纯电动汽车用锂电池管理系统的研究[D]. 黎林.北京交通大学 2009
本文编号：3223904
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院)广东省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂电池内部结构
基于 CFD 的车用动力锂电池组散热结构优化研究10图2.2 锂电池充/放电过程示意图[35]锂电池在充放电过程中正极、负极反应和总反应的的电化学方程式如下[36]：正极反应：z 1 zLi Liy x yM O M O xLi xe （2.1）负极反应：nCx nxLi xe Li C （2.2）总反应：z 1 zLi nC=Liy x y x nM O M O Li C （2.3）2.2 动力锂电池生热机理分析锂电池的生热机理分析主要是通过建立电池生热速率的数学模型，对锂电池工作状态下热源产生原因以及生热速率影响因素进行描述，而这正是研究锂电池热模型的前提和基础。锂电池在现实工作状态下的生热速率很难通过有效手段获得准确值，因此造成电池热模型求解困难、准确度较低，目前对电池生热速率的估算主要分为实验分析方法和理论计算法[37]。1. 实验分析法通过上一节对动力锂电池的内部组成结构和工作原理分析可知，锂电池生热机理可以描述为在工作状态下电池内部一系列的化学反应产生的热量以及锂离子在不同介质之间迁移产生的内阻热。具体的生热来源主要分为以下四部分[37]：反应热rQ ，欧姆内阻热jQ ，极化热pQ 、副反应热。因此，锂电池的实际生热量Q的表达式为：
[42]。图2.3 数值计算方法求解过程[42]2.3.4 CFD 技术在电池热分析中的应用随着计算机工业的发展，近 20 年来 CFD 技术在工程应用方面得到了越来越广泛的应用。主要因为对于越来越复杂的流体力学工程应用方面的分析，无论是理论分析法还是实验模拟的方法都有较大的限制，既无法通过理论计算求解，
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池正极材料研究[J]. 吴怡芳,白利锋,王鹏飞,马小波,李成山. 电源技术. 2019(09)
[2]锂离子电池负极材料的制备及应用进展[J]. 严旭明,冯光炷,黄雪. 化工新型材料. 2019(07)
[3]锂电池隔膜生产技术现状与研究进展[J]. 刘会会,柳邦威. 绝缘材料. 2014(06)
[4]相变材料用于锂离子电池热管理系统的研究进展[J]. 凌子夜,方晓明,汪双凤,张正国,刘晓红. 储能科学与技术. 2013(05)
[5]Thermal Modeling and Cooling Analysis of High-power Lithium Ion Cells[J]. Zhuqian Zhang,Li Jia,Nan Zhao and Lixin Yang School of Mechanical Electronic and Control Engineering,Beijing Jiaotong University No.3 Shangyuancun,Beijing 100044,China. Journal of Thermal Science. 2011(06)
[6]电池热效应分析[J]. 王峰,李茂德. 电源技术. 2010(03)
[7]锂离子电池的工作原理及其主要材料[J]. 刘璐,王红蕾,张志刚. 科技信息. 2009(23)
[8]HEV用蓄电池输出功率的测试方法研究[J]. 李方,杨毅夫,杨丽华. 电源技术. 2009(03)
[9]电动汽车动力电池的热效应模型[J]. 杨凯,李大贺,陈实,吴锋. 北京理工大学学报. 2008(09)
[10]电池管理系统的概况和发展趋势[J]. 姜久春. 新材料产业. 2007(08)
硕士论文
[1]电动汽车用锂电池三维热物理模型及其应用研究[D]. 许笑天.清华大学 2015
[2]混合动力车用镍氢电池组散热系统CFD仿真与结构设计[D]. 马兆强.重庆大学 2011
[3]纯电动汽车用锂电池管理系统的研究[D]. 黎林.北京交通大学 2009
本文编号：3223904
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