相变冷却用于复合电池热管理系统的结构优化研究
发布时间：2021-11-02 22:45
面对日益增加的能源与环境压力,发展新能源汽车成为缓解压力的重要方式之一,其中电动汽车更是迎来了研发热潮。动力电池作为电动汽车的动力源,其寿命和安全性很大程度上决定了车辆的安全性能,对电池组进行及时散热可以有效提升其安全性,因此针对动力电池的热管理系统成为了研发重点。本文针对电动汽车动力电池组展开了电池热管理系统及其相变材料复合换热的研究,主要研究内容如下:1、针对18650锂离子电池,以Bernardi产热速率模型为依据,建立电池单体以1C5C倍率放电时的产热功率密度模型,建立电池单体产热模型,仿真计算电池单体表面平均温度,对比验证计算结果与试验结果,确认电池单体产热模型的有效性。2、针对5×5的电池模组,采用相变材料单一冷却系统,仿真分析其在电池单一放电工况下的冷却性能。结果表明,电池以1C倍率放电时,电池组温度未能达到石蜡相变温度,电池组最高温度和温差以较小的幅度缓慢升高,放电结束时,电池组最高温度为309.28K,温差为1.07K;电池以2C5C倍率放电时,电池组温度达到石蜡相变温度,在石蜡的吸热作用下,电池组最高温度上升趋势减缓,电池...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国石油生产量、消费量以及对外依存度在国家及地方政府配套政策的支持下，最近几年我国新能源汽车实现了产业
吉林大学硕士学位论文2因素也在制约着新能源汽车的发展。对于当前发展较为迅速的电动汽车而言，动力电池及电池管理系统、电机控制、制动能量回收等都是研发的重点，其中动力电池是重中之重。图1.22011年—2017年我国新能源汽车产销量动力电池是电动汽车高效安全运行的关键，需具备高功率、高能量密度、大容量和高安全性等要求。铅酸电池作为早期使用的电池，技术成熟，成本低，但其充放电过程会导致容量衰减，性能降低，使用寿命减少，电池报废后难于处理，对环境造成巨大危害，因此随着世界范围内电池技术的进步、环保意识的增强，铅酸电池已逐渐被淘汰。与铅酸电池相比，镍氢电池具有能量密度高、环境友好等优点，但其价格相对较高，且性能相比目前广泛使用的锂离子电池依然有所差距。锂离子电池作为新一代动力电池，重量轻，比能量大，其无记忆效应的特性更能有效提升电池使用性能，延长循环使用寿命，且其安全性、环保性相比前述两种电池更高，因此逐渐成为电动汽车动力电池的首选项[6]。以锂离子电池作为动力源的新能源汽车当前面临的主要问题有车辆续驶里程限制、车辆动力性能、电池寿命以及电池安全性等，其中电池的寿命及安全性很大程度上决定了电动汽车的性能。在如何保障动力电池寿命和性能的问题上，对动力电池温度的控制成为研究的重点。原因在于，动力电池充放电时的电化学反应仅在一段温度区间内可以安全高效地进行，电池温度过高或过低都会导致电池的寿命和性能受到影响。图1.3所示为电池寿命随温度的变化关系[7]。图1.4
第1章绪论3所示为电池放电效率随温度的变化关系[8]。图1.3电池寿命随温度的变化图1.4电池放电效率随温度的变化为了提供充足动力，电动汽车需要大量电池成组工作，电池在充放电过程中会放出大量热，若散热不及时，极容易导致热量聚集，恶化电池工作环境，甚至引发热失控，产生安全问题。此外，电池单体间因放热不均匀以及放电环境差异所导致的组间温差也会降低电池的工作性能，缩短电池使用寿命。因此，针对上述问题，国内外研究人员都对电动汽车动力电池组引入热管理系统来控制电池组温度和温差，以提高电池组的工作性能及使用寿命。1.2动力电池热管理系统国内外研究现状1.2.1电池热管理系统概述电池热管理系统按照冷却方式可分为主动冷却系统和被动冷却系统，区别在于是否消耗额外的能量用于控制电池温度。被动冷却系统仅靠自身结构散热，更节能但散热效果有限，主动冷却系统则有较好的散热/加热效果，但是需要消耗额外的功。按照冷却介质分类，电池热管理系统又可分为风冷系统、液冷系统、相变冷却系统和热管冷却系统等，其中热管冷却系统是相变冷却系统的分支。1.2.2风冷电池热管理系统风冷电池热管理系统包括自然风冷和强制风冷。自然风冷系统是通过车辆行驶过程中电池组和空气间的自然对流换热来达到为电池组降温的目的，由于该方
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国能源流和碳流分析[J]. 于鹏伟,张豪,魏世杰,齐子睿. 煤炭经济研究. 2019(10)
[2]2018年新能源汽车热管理行业分析 未来价值空间巨大[J]. 电器工业. 2019(03)
[3]2016年中国能源流和碳流分析[J]. 张豪,樊静丽,汪航,张贤. 中国煤炭. 2018(12)
[4]新能源汽车动力电池应用现状与发展趋势[J]. 孙志国. 时代汽车. 2018(09)
[5]锂离子电池热性能的研究[J]. 王丹丹,陈威,李威. 能源研究与利用. 2017(04)
[6]基于泡沫铜/石蜡的锂电池热管理系统性能[J]. 施尚,余建祖,陈梦东,高红霞,谢永奇. 化工学报. 2017(07)
[7]国内外电动汽车发展现状与趋势[J]. 刘卓然,陈健,林凯,赵英杰,许海平. 电力建设. 2015(07)
[8]新能源汽车对城市节能减排影响的新探索[J]. 周安,刘景林. 学术交流. 2012(07)
[9]动力电池热管冷却效果实验[J]. 张国庆,吴忠杰,饶中浩,傅李鹏. 化工进展. 2009(07)
[10]锂离子电池原理、研究现状与应用前景[J]. 陈洪超,李相东. 军事通信技术. 2001(01)
硕士论文
[1]锂电池组复合相变材料热管理技术研究[D]. 李一.北京交通大学 2018
[2]基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理研究[D]. 薛超坦.吉林大学 2017
[3]液冷式电池热管理系统换热特性与控制方法研究[D]. 刘玮.吉林大学 2017
[4]风冷式动力电池热管理系统技术数值研究[D]. 张新强.华南理工大学 2016
[5]电动汽车动力电池直接接触式液冷系统的研究[D]. 罗卜尔思.华南理工大学 2016
[6]电动汽车圆柱型锂离子电池热模型研究[D]. 史男.北京理工大学 2015
[7]纯电动汽车锂动力电池组温度场特性研究及热管理系统实现[D]. 李策园.吉林大学 2014
[8]纯电动汽车电池箱热特性研究及热管理系统开发[D]. 沈帅.吉林大学 2013
[9]纯电动汽车锂离子动力电池组热特性分析及仿真研究[D]. 辛乃龙.吉林大学 2012
本文编号：3472516
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国石油生产量、消费量以及对外依存度在国家及地方政府配套政策的支持下，最近几年我国新能源汽车实现了产业
吉林大学硕士学位论文2因素也在制约着新能源汽车的发展。对于当前发展较为迅速的电动汽车而言，动力电池及电池管理系统、电机控制、制动能量回收等都是研发的重点，其中动力电池是重中之重。图1.22011年—2017年我国新能源汽车产销量动力电池是电动汽车高效安全运行的关键，需具备高功率、高能量密度、大容量和高安全性等要求。铅酸电池作为早期使用的电池，技术成熟，成本低，但其充放电过程会导致容量衰减，性能降低，使用寿命减少，电池报废后难于处理，对环境造成巨大危害，因此随着世界范围内电池技术的进步、环保意识的增强，铅酸电池已逐渐被淘汰。与铅酸电池相比，镍氢电池具有能量密度高、环境友好等优点，但其价格相对较高，且性能相比目前广泛使用的锂离子电池依然有所差距。锂离子电池作为新一代动力电池，重量轻，比能量大，其无记忆效应的特性更能有效提升电池使用性能，延长循环使用寿命，且其安全性、环保性相比前述两种电池更高，因此逐渐成为电动汽车动力电池的首选项[6]。以锂离子电池作为动力源的新能源汽车当前面临的主要问题有车辆续驶里程限制、车辆动力性能、电池寿命以及电池安全性等，其中电池的寿命及安全性很大程度上决定了电动汽车的性能。在如何保障动力电池寿命和性能的问题上，对动力电池温度的控制成为研究的重点。原因在于，动力电池充放电时的电化学反应仅在一段温度区间内可以安全高效地进行，电池温度过高或过低都会导致电池的寿命和性能受到影响。图1.3所示为电池寿命随温度的变化关系[7]。图1.4
第1章绪论3所示为电池放电效率随温度的变化关系[8]。图1.3电池寿命随温度的变化图1.4电池放电效率随温度的变化为了提供充足动力，电动汽车需要大量电池成组工作，电池在充放电过程中会放出大量热，若散热不及时，极容易导致热量聚集，恶化电池工作环境，甚至引发热失控，产生安全问题。此外，电池单体间因放热不均匀以及放电环境差异所导致的组间温差也会降低电池的工作性能，缩短电池使用寿命。因此，针对上述问题，国内外研究人员都对电动汽车动力电池组引入热管理系统来控制电池组温度和温差，以提高电池组的工作性能及使用寿命。1.2动力电池热管理系统国内外研究现状1.2.1电池热管理系统概述电池热管理系统按照冷却方式可分为主动冷却系统和被动冷却系统，区别在于是否消耗额外的能量用于控制电池温度。被动冷却系统仅靠自身结构散热，更节能但散热效果有限，主动冷却系统则有较好的散热/加热效果，但是需要消耗额外的功。按照冷却介质分类，电池热管理系统又可分为风冷系统、液冷系统、相变冷却系统和热管冷却系统等，其中热管冷却系统是相变冷却系统的分支。1.2.2风冷电池热管理系统风冷电池热管理系统包括自然风冷和强制风冷。自然风冷系统是通过车辆行驶过程中电池组和空气间的自然对流换热来达到为电池组降温的目的，由于该方
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国能源流和碳流分析[J]. 于鹏伟,张豪,魏世杰,齐子睿. 煤炭经济研究. 2019(10)
[2]2018年新能源汽车热管理行业分析 未来价值空间巨大[J]. 电器工业. 2019(03)
[3]2016年中国能源流和碳流分析[J]. 张豪,樊静丽,汪航,张贤. 中国煤炭. 2018(12)
[4]新能源汽车动力电池应用现状与发展趋势[J]. 孙志国. 时代汽车. 2018(09)
[5]锂离子电池热性能的研究[J]. 王丹丹,陈威,李威. 能源研究与利用. 2017(04)
[6]基于泡沫铜/石蜡的锂电池热管理系统性能[J]. 施尚,余建祖,陈梦东,高红霞,谢永奇. 化工学报. 2017(07)
[7]国内外电动汽车发展现状与趋势[J]. 刘卓然,陈健,林凯,赵英杰,许海平. 电力建设. 2015(07)
[8]新能源汽车对城市节能减排影响的新探索[J]. 周安,刘景林. 学术交流. 2012(07)
[9]动力电池热管冷却效果实验[J]. 张国庆,吴忠杰,饶中浩,傅李鹏. 化工进展. 2009(07)
[10]锂离子电池原理、研究现状与应用前景[J]. 陈洪超,李相东. 军事通信技术. 2001(01)
硕士论文
[1]锂电池组复合相变材料热管理技术研究[D]. 李一.北京交通大学 2018
[2]基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理研究[D]. 薛超坦.吉林大学 2017
[3]液冷式电池热管理系统换热特性与控制方法研究[D]. 刘玮.吉林大学 2017
[4]风冷式动力电池热管理系统技术数值研究[D]. 张新强.华南理工大学 2016
[5]电动汽车动力电池直接接触式液冷系统的研究[D]. 罗卜尔思.华南理工大学 2016
[6]电动汽车圆柱型锂离子电池热模型研究[D]. 史男.北京理工大学 2015
[7]纯电动汽车锂动力电池组温度场特性研究及热管理系统实现[D]. 李策园.吉林大学 2014
[8]纯电动汽车电池箱热特性研究及热管理系统开发[D]. 沈帅.吉林大学 2013
[9]纯电动汽车锂离子动力电池组热特性分析及仿真研究[D]. 辛乃龙.吉林大学 2012
本文编号：3472516
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