电动汽车锂电池温度场研究及优化设计

发布时间：2017-03-20 11:06

  本文关键词：电动汽车锂电池温度场研究及优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文在总结纯电动汽车热管理研究现状的基础上,提出锂离子电池组热管理的目标是使电池组工作在最佳温度范围20℃--40℃内且均匀,超出温度范围会使电池性能大幅度下降甚至发生安全隐患。通过准确的热电耦合模型计算电池的温度场显得尤为重要。本文研究对象是国产某型纯电动汽车用锂电池,基于电池物性参数和生热原理建立电池的导热微分方程,利用中心差分法求解三维非稳态有内热源的能量方程,并运用MATLAB编写程序计算70A放电一小时后,电池外表面温度与实际测量温度不超过3℃。利用ANSYS建立电池单体热电耦合模型,模拟计算自然对流下70A放电一小时后,电池温度场与实验温差不超过2℃。从散热面、对流系数、外壳材料分析温度场的变化,三种因素的合理选择和有效组合有利于电池单体的散热,其中散热面的影响最大。以电池组单体最高温度平均值达到最低为目标函数,利用ANSYS的优化设计模块和参数化程序语言APDL对电池组单体排列结构进行优化设计,优化结果显示在1C放电至热平衡工况时,6×2的排列结构散热效果最好,使电池组的最高温由41.2℃降至31.3℃。运用此结构分析一种恶劣工况即周围空气温度40℃电池箱的散热情况,电池箱的最高温接近工作温度的上限,由此对于能持续大功率充放电的纯电动汽车,必须进行强制冷却。运用优化结构提出一个电池箱强制通风的方案,进过多次改进,最后使得在恶劣工况进气温度313K,风速15m/s条件下,电池组内最高温度被控制在55℃以下,同时保证电池温度的一致性。
【关键词】：纯电动汽车 锂离子电池 电池组 温度场 散热 排列 结构优化
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 注释表10-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 纯电动汽车的发展历程与现状12-14
• 1.2 电动汽车动力电池简介14-16
• 1.2.1 铅酸电池14
• 1.2.2 镍氢电池14-15
• 1.2.3 锂离子电池15-16
• 1.2.4 石墨烯电池16
• 1.3 纯电动汽车电池组热管理16-21
• 1.3.1 纯电动汽车热管理的意义17-18
• 1.3.2 纯电动汽车热管理的方法18-19
• 1.3.3 电池组热管理的研究现状19-21
• 1.4 本论文任务21-23
• 第二章 锂离子电池的热物性参数23-30
• 2.1 动力电池的基本性能参数23-24
• 2.2 某型锂离子电池的性能参数24-27
• 2.3 某型锂离子电池热物性参数27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 锂电池单体内部温度场研究及数值计算30-41
• 3.1 锂电池单体生热原理30-31
• 3.2 锂电池单体生热量31-32
• 3.3 锂电池单体的数学模型32-36
• 3.3.1 导热基本理论32-34
• 3.3.2 电池单体的数学模型34-36
• 3.4 锂离子单体电池数值模拟36-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 锂电池单体热电模型建立及分析41-54
• 4.1 ANSYS热电耦合分析41-43
• 4.2 建立单体热电耦合模型43-44
• 4.3 锂电池单体的仿真计算44-46
• 4.4 不同因素下锂电池温度场分析46-52
• 4.4.1 不同散热面的影响46-50
• 4.4.2 不同对流换热系数的影响50-51
• 4.4.3 不同外壳的影响51-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 锂电池组散热结构优化设计54-66
• 5.1 优化设计理论54-57
• 5.1.1 优化设计基本理论54-55
• 5.1.3 优化设计流程55-57
• 5.2 生成电池组分析文件57-59
• 5.3 构建电池组优化控制文件59-60
• 5.4 优化算法分析及求解60-63
• 5.5 电池箱恶劣工况下的散热分析63-65
• 5.6 本章小结65-66
• 第六章 电池箱强制风冷设计66-74
• 6.1 电池箱通风道的设计66-67
• 6.2 电池箱流固耦合模型的建立67-70
• 6.2.1 湍流模型的选择68-70
• 6.3 散热结果分析70-72
• 6.4 改进设计72-73
• 6.5 本章小结73-74
• 第七章 总结与展望74-76
• 7.1 本文主要工作及结论74-75
• 7.2 研究展望75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文80-81
• 附录81-83

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