高密度锂电池组内部热环境模拟研究

发布时间：2017-09-09 02:52

  本文关键词：高密度锂电池组内部热环境模拟研究

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【摘要】：新能源汽车的最重要部件——动力电池,其性能的优劣将直接影响到新能源汽车的推广及使用。锂离子电池由于比能量高、比功率大、循环次数多、自放电率低、无污染等优点,已经成为新能源汽车的首选动力源。锂离子电池在工作时自身会产生很多的热量,而通常电池箱内电池的布置又很紧凑,导致大量热量的积聚,使电池的温度急剧升高,这会严重影响电池的使用性能,还有可能会导致热失控,发生安全事故。为使锂离子电池组在一个良好的热环境下工作,需要设计有效的电池组冷却散热方案,同时也要保证电池组内部的温度均匀性。本文所做的主要工作如下:1.介绍了新能源汽车的发展前景和现阶段动力电池技术的发展状况,分析了电池组进行热管理的必要性及电池组散热冷却方法研究现状。2.根据锂离子电池的内部结构及工作原理,结合锂离子电池的产热机理及传热特性分析,建立了锂离子电池的热模型,并给出了锂离子电池的热分析参数的计算方法。并分析了计算流体力学(CFD)在动力电池热分析中的应用情况。3.在通风冷却散热方案下,分别建立了顺排和叉排布置方式下电池组的整体模型,并对其进行了仿真计算,得到了电池组的温度场和流场分布情况,还分析了送风温度和送风量对电池组热环境的影响。当风量为2500m3/h时,顺排和叉排布置下电池的最高温度分别为304.02K和303.88K,最大温差分别为4.54K和4.57K;4.在液体冷却散热方案下,分别设计了蛇形、回形、分流、双排四种冷却板流道结构,并建立了相应的电池组模型,通过仿真计算得到了各流道结构下电池组的温度场和流场分布情况。流体参数对电池组热环境的影响很大,当进口质量流量为24g/s时,四种流道结构下电池组的最高温度分别为308.24K、307.06K、309.48K、309.27K,最大温差分别为为9.68K、8.03K、7.38K、4.40K。
【关键词】：锂离子电池 通风冷却 液体冷却 CFD 温度场
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题的研究背景10-11
• 1.2 动力电池技术的发展11-14
• 1.3 动力电池组散热冷却研究现状14-19
• 1.4 本文主要研究内容19-20
• 2 锂离子电池热特性分析20-36
• 2.1 动力锂离子电池性能参数20-21
• 2.2 锂离子电池的工作原理21-23
• 2.3 锂离子电池的产热及传热机理23-26
• 2.3.1 锂离子电池的产热机理23-24
• 2.3.2 锂离子电池的传热机理24-26
• 2.4 锂离子电池热数学模型26-30
• 2.4.1 锂离子电池导热微分方程的确定26-28
• 2.4.2 锂离子电池热模型的定解条件28-29
• 2.4.3 锂离子电池热分析参数29-30
• 2.5 CFD在动力电池热分析中的应用30-35
• 2.5.1 计算流体动力学概述30
• 2.5.2 计算流体力学基本控制方程30-33
• 2.5.3 CFD求解过程33-35
• 2.5.4 CFD在动力电池热分析中的应用35
• 2.6 本章小结35-36
• 3 锂电池组通风冷却模拟研究36-51
• 3.1 研究对象36-37
• 3.2 锂电池组通风冷却模拟分析37-44
• 3.2.1 计算模型37-38
• 3.2.2 边界条件与网格模型38-42
• 3.2.3 计算结果与分析42-44
• 3.3 风冷系统下电池组热环境影响因素分析44-50
• 3.3.1 电池排列方式对热环境的影响45-47
• 3.3.2 风量对热环境的影响47-48
• 3.3.3 空气温度对热环境的影响48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 4 锂电池组液体冷却模拟研究51-64
• 4.1 液体冷却方案51-52
• 4.2 锂电池组液体冷却数值模拟52-56
• 4.2.1 几何模型52-53
• 4.2.2 边界条件与网格模型53-54
• 4.2.3 模拟结果与分析54-56
• 4.3 锂电池组热环境的影响因素分析56-63
• 4.3.1 流道结构对热环境的影响57-60
• 4.3.2 冷却流体流量对热环境的影响60-62
• 4.3.3 冷却流体温度对热环境的影响62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 结论与展望64-66
• 5.1 结论64
• 5.2 创新点64-65
• 5.3 展望65-66
• 参考文献66-69
• 附录69-70
• 致谢70

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本文编号：817883