锂离子动力电池热特性建模与加热方法研究

发布时间：2017-06-09 17:14

  本文关键词：锂离子动力电池热特性建模与加热方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电动汽车锂离子动力电池性能、寿命与工作温度密切相关。一方面,电池工作时会产生热量,从而引起电池温度的升高,因此电池生热特性研究是电池热管理的基础;另一方面,电池在低温下充放电性能降低,可释放容量衰减导致电动汽车续驶里程缩短,因此电池低温加热研究很有必要。基于此,本文将对锂离子电池的生热特性和低温加热方法进行研究,研究内容如下:(1)针对圆柱形锂电池结构,采用径向分层方式建立电池生热模型,针对方形铝塑膜锂电池,由于其侧面较大且为薄平板形状,采用整体均质等效进行生热特性建模;为了获得电池生热模型参数,采用了基于遗传算法的参数辨识方法。(2)为了验证生热模型的正确性,对圆柱形18650电池模块和方形铝塑膜电池模块进行恒流放电温升特性实验,同时结合电池等效电路模型仿真得到任意倍率下电池工况数据,对两种电池的生热模型进行了实验验证,证明了上述模型的正确性和有效性。(3)在电池低温加热方法研究方面,开展了电池正弦交流电内部加热法研究,以18650电池模块为对象进行建模研究,首先进行单一频率建模,并推广到任意频率,从而建立起正弦交流电加热模型;然后对电池进行实验研究,实验结果表明交流电加热能使电池快速升温,并且电池容量也没有衰减;最后利用实验中获取的温升特性与加热模型仿真出的温升特性进行对比,结果表明加热模型很好的反映了实验中的温升特性。(4)此外,开展了电池模组外部PTC自加热方法研究,以方形铝塑膜电池组为对象,分析了自加热的传热原理,电池自加热放电的生热原理等,并建立了导热模型;实验对比研究了外部取电和自取电PTC加热情况,并对加热效果进行了分析,确定了电池自生热和PTC生热的生热率;最后建立基于Fluent的热仿真模型,并与实验结果进行对比从而验证了模型的正确性。
【关键词】：锂离子动力电池 热特性建模 交流电加热 PTC自加热
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72;TM912
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-18
• 1.2.1 电池热特性建模研究现状10-11
• 1.2.2 电池热管理研究现状11-18
• 1.3 本文主要研究内容18-19
• 第2章 锂离子电池生热特性建模19-33
• 2.1 锂离子电池工作原理和生热原理19-20
• 2.2 圆柱形电池径向分层生热特性建模20-26
• 2.3 方形电池整体生热特性建模26-27
• 2.4 基于遗传算法的电池热物性参数辨识27-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第3章 电池模块恒流放电生热模型验证33-47
• 3.1 电池模块恒流放电温升实验特性33-36
• 3.2 电池模块恒流放电等效电路模型36-40
• 3.2.1 Thevenin模型介绍36-38
• 3.2.2 Thevenin模型验证38-40
• 3.3 圆柱形电池恒流放电生热模型实验验证40-44
• 3.4 方形电池恒流放电生热模型实验验证44-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 电池正弦交流电加热建模与实验研究47-65
• 4.1 正弦交流电加热理论分析47-48
• 4.2 正弦交流电加热建模研究48-56
• 4.2.1 模型参数的获取48-51
• 4.2.2 单一频率的建模方法51-54
• 4.2.3 任意频率的建模方法54-56
• 4.3 正弦交流电加热实验研究56-60
• 4.3.1 正弦交流电加热温升实验特性57-59
• 4.3.2 加热与不加热的放电情况对比59
• 4.3.3 正弦交流电加热对电池容量的影响59-60
• 4.4 正弦交流电加热模型验证60-64
• 4.4.1 单一频率模型的验证60-61
• 4.4.2 任意频率模型的验证61-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 电池组PTC自加热建模与实验研究65-88
• 5.1 电池组PTC自加热理论分析65-72
• 5.1.1 关于PTC自加热方法的传热学理论基础65-66
• 5.1.2 关于PTC自加热方法的具体传热学分析66-68
• 5.1.3 关于自加热过程中电池放电生热的理论分析68-69
• 5.1.4 电池导热微分方程的建立69-72
• 5.2 电池组PTC自加热实验研究72-79
• 5.2.1 实验方案72-73
• 5.2.2 实验结果分析73-79
• 5.3 电池组PTC自加热生热率计算79-82
• 5.4 基于Fluent的电池组PTC自加热仿真82-87
• 5.4.1 模型简化82-83
• 5.4.2 几何模型的建立83-84
• 5.4.3 Fluent仿真结果分析84-87
• 5.5 本章小结87-88
• 结论与展望88-90
• 1.全文总结88-89
• 2.本文创新点89
• 3.进一步工作展望89-90
• 参考文献90-95
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单95-96
• 致谢96

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘昊;郑利峰;邓龙征;;锂离子动力电池及其关键材料的研究和应用现状[J];新材料产业;2006年09期

2 刘亚飞;陈彦彬;白厚善;;锂离子动力电池与相关材料最新进展[J];功能材料信息;2007年05期

3 张传喜;;锂离子动力电池安全性研究进展[J];船电技术;2009年04期

4 郎鹏;任剑;;发展我国锂离子动力电池关键工艺设备思考[J];电子工业专用设备;2009年11期

5 张利波;马洁;金伟;;锂离子动力电池化成及使用中出现自燃的机理分析及其解决办法[J];内江科技;2010年10期

6 陈新传;宋强;吕昊;;国内外锂离子动力电池发展概况及启示[J];船电技术;2011年04期

7 徐顺余;曹辉;;锂离子动力电池受高温影响的试验分析[J];客车技术与研究;2011年04期

8 程建军;;国内锂离子动力电池关键工艺装备[J];科技传播;2012年13期

9 朱厚军;郎俊山;;水下装备用锂离子动力电池研究进展[J];船电技术;2012年S1期

10 王宏伟;刘军;肖海清;王超;;国内外锂离子动力电池相关标准对比分析[J];电子元件与材料;2012年10期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王倩;唐致远;陈玉红;于非;;锂离子动力电池的产业化现状[A];第二十七届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2006年

2 黄学杰;;高功率锂离子动力电池研究进展[A];2006中国动力电池高层论坛论文集[C];2006年

3 张利波;;大容量锂离子动力电池技术与应用[A];第六届河南省汽车工程科技学术研讨会论文集[C];2009年

4 张翮辉;侯敏;赵文鹏;刘思;曹辉;;锂离子动力电池热仿真模型开发及应用[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

5 凌国维;唐致远;;人工神经网络在锂离子动力电池组中的应用[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

6 施孝承;王英;谢先宇;樊晓松;;锂离子动力电池系统机械性能试验安全研究[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

7 于力娜;王丹;张克金;赵中令;陈雷;刁洪军;;锂离子动力电池用Al_2O_3/PVDF-HFP隔膜的制备和性能研究[A];面向未来的汽车与交通——2013中国汽车工程学会年会论文集精选[C];2013年

8 覃迎峰;周震涛;;锂离子动力电池过充行为的研究[A];电动车及新型电池学术交流会论文集[C];2003年

9 艾新平;杨汉西;曹余良;;锂离子动力电池的安全性问题及解决方案探讨[A];第30届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2013年

10 黄学杰;;锂离子动力电池及其关键材料研究与开发[A];中国固态离子学暨电池材料青年学术论坛——论文摘要集[C];2013年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 刘碧玛;锂离子动力电池：产业化路在何方？[N];科技日报;2005年

2 刘洪恩;“锂离子动力电池”10月产业化[N];深圳商报;2005年

3 通讯员 袁鹏邋记者 乔地;洛阳锂离子动力电池产业基地开建[N];科技日报;2008年

4 王景春;洛阳打造锂离子动力电池基地[N];中国化工报;2008年

5 杨章锁邋叶斌;新型锂离子动力电池及新能源产业化项目落户雄县[N];中国特产报;2008年

6 武平乐;锂离子动力电池生产线昨投产[N];洛阳日报;2008年

7 姚红亮;洛阳市锂离子动力电池生产线投产[N];中国有色金属报;2008年

8 记者 林若飞邋通讯员 章程;深圳雷天锂电全球布局[N];深圳商报;2008年

9 记者 付强;辽源锂离子动力电池项目一期建成投产[N];吉林日报;2008年

10 记者 李志民;我市锂离子动力电池项目一期投产[N];辽源日报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 王焱;锂离子动力电池正极材料LiFePO_4的改性及机理研究[D];电子科技大学;2015年

2 赵星;锂离子动力电池电极材料失效分析及电极界面特性研究[D];中国矿业大学;2015年

3 云凤玲;高比能量锂离子动力电池热性能及电化学-热耦合行为的研究[D];北京有色金属研究总院;2016年

4 郭永兴;锂离子动力电池制造关键技术基础及其安全性研究[D];中南大学;2010年

5 靳尉仁;锂离子动力电池性能及其仿真研究[D];北京有色金属研究总院;2011年

6 刘云建;锂离子动力电池的制作与性能研究[D];中南大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 衣思平;锂离子动力电池新建项目风险管理与研究[D];山东大学;2012年

2 李亚飞;增程式电动汽车用锂离子动力电池寿命的估算与优化研究[D];华南理工大学;2015年

3 赵磊;锰酸锂和镍钴铝酸锂混合材料在锂离子动力电池正极方面的应用研究[D];复旦大学;2014年

4 张焕;软炭负极在锂离子动力电池中的应用研究[D];复旦大学;2014年

5 许建青;锂离子动力电池热状态研究[D];浙江大学;2016年

6 吴彬;锂离子动力电池热设计方法研究[D];清华大学;2015年

7 何敏;锰酸锂的掺杂改性及锂离子动力电池的工艺设计[D];长沙矿冶研究院;2014年

8 胡三丽;电动车辆锂离子动力电池的SOC预测方法研究[D];广西科技大学;2015年

9 丁修乘;电动汽车锂离子动力电池快速充电技术研究[D];广西科技大学;2015年

10 孙培坤;电动汽车动力电池健康状态估计方法研究[D];北京理工大学;2016年

  本文关键词：锂离子动力电池热特性建模与加热方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：436141