纯电动汽车用锂离子电池组热管理的实验研究

发布时间：2017-10-29 16:09

  本文关键词：纯电动汽车用锂离子电池组热管理的实验研究

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【摘要】：近年来,随着经济社会的发展和人民生活水平的提高,小型汽车已逐步走进千家万户,成为人们出行的必备之物。电动汽车凭借其零排放、噪声小、结构简单、能源利用效率高等诸多优点,已成为新能源汽车的首选。然而,动力电池一直是制约新能源汽车发展的技术瓶颈,存在着成本较高、能量密度较低、寿命短、间接污染严重、输电配电设施不健全等诸多问题。锂离子电池因为具有诸多优点,已成为电动汽车的主要电源。但是,锂离子电池在使用时会产生大量的热量,若不采取有效的热管理措施,将导致电池组温度过高、单体电池间温度分布不均衡等问题,严重影响电池组的使用寿命和动力性能,甚至会因高温而产生安全问题。因此,开发利用合理的电池组热管理系统,优化电池组的散热结构显得尤为重要。本文以磷酸铁锂动力电池为研究对象,介绍了锂离子电池的产热机理和温度特性,设计和组装了实验系统,并进行了各种工况条件下的充放电实验,实验条件主要是改变电池组的冷却方式和放电倍率。冷却方式包括无间隙自然冷却、等间隙自然冷却、加装纯铝翅片自然冷却、加装纯铜翅片自然冷却等,采用的放电倍率主要有0.5C、1C、1.5C、2C、2.5C、3C。通过对不同工况下最高、最低温度点位置以及最大温升、最大温差等参数的分析,研究了电池间距、放电倍率、放电深度、翅片厚度、翅片高度、翅片材料等因素对电池组温度分布及其变化特性的影响。研究结果表明:电池组的最大温升和最大温差均随着放电深度的增加而升高;电池放电初期和末期温升较快,放电中期温升较慢;电池组的最高温度分布在中央电池电极下方,最低温度分布在电池组外侧电池的外表面下方,且整个放电过程中电池组的最高、最低温度点位置较为稳定;恒流放电倍率增大,同一结构下电池组的最大温升和最大温差均随之增大,即热管理难度增加;在电池单体间留有一定间隙并不能有效改善电池组的温度分布,且在一定程度上加剧了电池组温度分布的不均匀性;电池间加装金属翅片可显著改善电池组的温度分布,且存在一个最佳翅片高度;在翅片高度一定的情况下,翅片越厚,热管理效果越好,但电池系统的质量也随之增加;同时,采用导热系数较大的翅片材料,可显著改善电池组的温度分布。
【关键词】：电动汽车 锂离子电池 热管理 自然冷却 对流换热 翅片 安全
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM912;U469.72
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-11
• 字母注释表11-13
• 第一章 绪论13-26
• 1.1 课题背景及意义13
• 1.2 新能源汽车的分类及特点13-16
• 1.3 汽车动力电池的分类及特点16-20
• 1.4 动力电池组的热管理20-25
• 1.5 本文研究内容25-26
• 第二章 锂电池的热特性及实验方案26-37
• 2.1 内部结构和工作原理26-27
• 2.2 生热机理27-28
• 2.3 实验设计28-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 实验结果及分析37-52
• 3.1 最高、最低温度点的位置37-38
• 3.2 电池间距对电池组热特性的影响38-39
• 3.3 放电深度对电池组热特性的影响39-43
• 3.4 放电倍率对电池组热特性的影响43-47
• 3.5 翅片厚度对电池组热特性的影响47-48
• 3.6 翅片高度对电池组热特性的影响48-49
• 3.7 翅片材料对电池组热特性的影响49-50
• 3.8 本章小结50-52
• 第四章 全文总结和展望52-54
• 4.1 全文总结52
• 4.2 研究展望52-54
• 参考文献54-58
• 发表论文和参加科研情况说明58-59
• 致谢59-60

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本文编号：1113686