锂离子动力电池PACK结构设计与散热优化

发布时间：2022-12-11 13:43

　　现代工业的发展使得能源衰竭日益加剧,能源危机与环境污染严重。在国家的号召与补贴政策下,电动汽车行业迎来了发展的春天。随着近年来电池关键技术的相继攻克,动力电池作为纯电动汽车唯一的能量来源,其性能好坏直接决定着电动汽车的整车性能。锂离子电池的性能与温度息息相关,温度太高、太低或分布不均匀都会对其造成很大的影响。因此,电池热管理的研究具有重要现实意义。本文主要做了如下工作:1)简单概述了锂离子电池的结构与工作原理,对锂离子电池的特点进行论述,了解锂离子电池的主要分类。明确锂离子电池的产热主要包括反应热,内阻热与副反应热,并通过热传导、热对流与热辐射的形式散热。2)通过实验获得电池的内阻与温熵系数,并编写电池生热的udf,从而建立电池生热模型。通过fluent对单体电池空气域进行模拟,计算其在不同放电电流下的温度变化情况,将仿真结果与实验数据进行比较,数值模拟的温升特性与实验的温升特性基本一致,吻合性良好,验证了所建立的电池生热模型的合理性。3)在电池热特性实验的基础上,研究锂离子电池模组的温度特性。建立电池模组三维模型,模组内的电池以6A的电流进行放电,并在一定风速下进行散热。通过计算流体... 

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
    1.1 电池热管理研究意义与目的
    1.2 电池热管理冷却方法概述
    1.3 电池热管理的国内外研究现状
    1.4 目前电动汽车面临的主要问题
    1.5 课题主要研究内容
    1.6 本章小结
第二章 动力电池热特性分析
    2.1 锂离子电池结构与工作原理
        2.1.1 锂离子电池结构
        2.1.2 锂离子电池工作原理
    2.2 锂离子电池的特点与分类
        2.2.1 锂离子电池的特点
        2.2.2 锂离子电池的分类
    2.3 锂离子电池的生热与传热机理分析
        2.3.1 锂离子电池的生热机理
        2.3.2 锂离子电池的传热机理
    2.4 本章小结
第三章 单体锂离子动力电池热特性实验与仿真
    3.1 锂离子电池热特性实验
        3.1.1 实验对象
        3.1.2 实验设备
        3.1.3 实验内容
    3.2 锂离子电池的温度特性
        3.2.1 温升特性实验
        3.2.2 锂离子电池温升变化结果分析
    3.3 锂离子电池内阻特性
        3.3.1 内阻特性实验
        3.3.2 内阻特性实验结果分析
    3.4 温熵系数
        3.4.1 温熵系数实验
        3.4.2 温熵系数实验结果分析
    3.5 CFD技术
        3.5.1 计算流体力学简介
        3.5.2 基本控制方程
        3.5.3 CFD求解流程
    3.6 锂离子电池的三维热模型
        3.6.1 电池热物性参数的确定
        3.6.2 电池生热速率的确定
        3.6.3 初始条件和边界条件
    3.7 锂离子电池单体温度场仿真
        3.7.1 锂离子电池单体建模
        3.7.2 边界条件设定
        3.7.3 电池单体温度场
    3.8 本章小结
第四章 电池组散热结构优化与仿真
    4.1 锂离子电池组的结构优化
        4.1.0 锂离子电池组的三维建模
        4.1.1 电池模组粘性模型
        4.1.2 网格无关性
        4.1.3 电池模组散热性能评价指标
        4.1.4 电池模组的结构设计
        4.1.5 不同放电电流下温度场分析
    4.2 锂离子电池模组的冷却策略
        4.2.1 进气角度对散热性能的影响
        4.2.2 侧边距对散热性能的影响
        4.2.3 出口角度对散热性能的影响
        4.2.4 电池间距对散热性能的影响
        4.2.5 风速对散热性能的影响
    4.3 电池pack的优化设计
        4.3.1 优化设计的基本原理
        4.3.2 ANSYS Workbench多目标优化
        4.3.3 确定设计变量
        4.3.4 优化分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士期间取得的研究成果
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔复合相变材料电池热管理模型及结构优化[J]. 李扬,陶于兵.  科学通报. 2020(Z1)
[2]新能源汽车动力电池冷却技术分析[J]. 赵冲,王有镗,郑斌,田鑫.  内燃机与配件. 2020(01)
[3]基于复合相变材料的电池组散热性能分析[J]. 刘业凤,郑鹏飞,言锦嘉,刘忠,范昀培.  电源技术. 2019(11)
[4]相变储能材料及其应用研究进展[J]. 陈颖,姜庆辉,辛集武,李鑫,孙兵杨,杨君友.  材料工程. 2019(07)
[5]基于液体的动力电池热管理系统性能研究[J]. 陈通,孙国华,王明强,曹勇,王帅锋.  电源技术. 2019(04)
[6]高倍率锂离子电池材料研究进展[J]. 姚煜,张楙慧.  电源技术. 2019(03)
[7]乙二醇对18650动力锂电池组温度场影响研究[J]. 安治国,廖智伟,郭敬谊,段文卿.  电源技术. 2019(02)
[8]圆柱型动力锂离子电池液体冷却结构设计[J]. 李博蓝,康健强.  电源技术. 2018(10)
[9]液体温度与流速对锂电池组温度场影响研究[J]. 丁玉章,安治国,郭敬谊,刘奇.  电源技术. 2018(06)
[10]我国新能源汽车产业发展战略研究[J]. 岳喜燕.  中国国际财经(中英文). 2017(24)

博士论文
[1]电动车用锂离子电池的一致性研究[D]. 安富强.北京科技大学 2017

硕士论文
[1]纯电动汽车热管理系统仿真与智能控制研究[D]. 王浩.山东大学 2019
[2]电动汽车用锂离子电池风冷散热结构研究[D]. 邵艳涛.重庆交通大学 2017
[3]电动汽车电池组热管理系统的研究与设计[D]. 于建新.吉林大学 2016
[4]电动车锂电池热管理系统研究[D]. 赵卫兵.吉林大学 2014
[5]我国新能源汽车产业发展战略研究[D]. 吴军瑶.山西财经大学 2014
[6]锂离子电池材料的研究与应用[D]. 王垒.内蒙古工业大学 2013
[7]大容量锂离子动力电池充放电过程热特性研究[D]. 任保福.北京交通大学 2012
[8]电动汽车锂离子电池组无机超导热管散热性能研究[D]. 胡小峰.湖南大学 2012



本文编号：3718883