锂离子电池组微通道液冷系统的结构设计与优化

发布时间：2020-11-03 06:21

　　 纯电动汽车以其零污染、低能耗等优点受到广泛的重视,锂离子动力电池作为目前电动汽车的主要动力源,成为制约电动汽车性能的关键因素。随着锂离子电池的功率密度不断增大,充电及运行中的产热量很容易形成温度过高和温度分布不均匀等热安全问题,轻则影响锂离子电池的充放电效率、使用寿命以及电动汽车的续驶里程,重则引起燃烧爆炸事故。因此研究锂离子电池在不同条件下的温度分布,设计一套合理的散热系统对解决电池热安全问题具有重要意义。基于电池单体的温升特性,建立锂离子电池的生热速率模型,并结合整车典型运行工况,设计出合理的散热系统,保证电池组在高倍率持续放电的工况下,电池组的最高温度在40℃以内,电池组内单体之间的温差控制在8℃以内。本文主要从以下几点进行了深入研究:首先,利用HPPC混合功率脉冲测试对锂离子电池在不同环境温度下的内阻进行了测试,结果发现锂离子电池在前80%的放电容量内,内阻变化较小,而在后20%的放电容量内,内阻急剧上升,且环境温度越低,电池内阻越大。利用数值模拟的方法,得出电池单体的温度分布,并进行实验验证。结果表明,锂离子电池以2C倍率放电时,最高温度达到了52.58℃,超出了锂离子电池的合理工作温度范围。其次,利用MATLAB/ADVISOR仿真平台建立了纯电动汽车的动态仿真模型,结果表明纯电动汽车在三种典型动态工况下的极限电流均小于40A,为后文确定热管理系统中的电池组的放电倍率提供了数据基础。然后,搭建了电池组与微通道冷板组合的液冷散热模型,通过数值模拟计算得出:在25℃常温环境下,该散热系统能将电池组的最高温度降低到40℃以下。并对模型进行了优化。最后综合考虑系统能耗、电池组最高温度和最大温差考虑,选用7流道、流道截面长宽比为3:1的冷板,冷却液流速为0.08m/s、初始温度为25℃、采用异向进出口的方式,电池组以2C倍率恒流放电至截止电压,最终整个电池组的最高温度降低至36.68℃,在85%的放电容量内,电池组的最大温差低于5℃,在整个放电过程中,最大温差为7.88℃。最后,为解决极端低温下锂离子电池的启动问题,考虑在适当外置电源和电池自加热两种情况下,对电池组的平均温度和最大温差随时间的变化规律进行了研究。结果表明,当加热液的初始温度为20℃、进口流速为0.01m/s时,使用外置电源和电池自加热的温升速率分别为0.458℃/min、0.912℃/min。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

车用锂离子电池组液体冷却系统的结构设计循环使用次数可达 2000 次以上，可在电化学储能领域得到了迅速发。如图 1.1 所示，锂离子电池一般是器、外壳等组成。如图 1.2 所示，，穿过正负极之间的隔膜层，嵌入；在放电的工作状态下，Li+从负极充放电过程中，锂离子电池的化学+4 (1 x) LiFePO xLi xe Li Fe 充电放电

穿过正负极之间的隔膜层，嵌入到；在放电的工作状态下，Li+从负极脱充放电过程中，锂离子电池的化学反+4 (1 x) LiFePO xLi xe Li FePO 充电放电图 1.1 锂离子电池组成示意图ig. 1.1 Composition diagram of lithium-ion batt

造成圆柱形锂离子电池单体的容量较小，因此在纯电动汽车上应用时，需要大量的单体组装成电池模块和电池包，因此热管理系统相对比较复杂，而且电池的空间利用率也相对较低。（3）软包锂离子电池软包锂离子电池内部电芯所用的材料其实和传统的方形锂离子电池之间几乎没有差别，最大的不同点就是两者采用外包装材料不同，软包电池使用的是铝塑薄膜，而方形锂离子电池使用的通常是铝。软包的包装材料通常分为三层：外阻层（通常由尼龙和PET 构成的外保护层）、阻透层（铝箔）、内层（多功能阻隔层）。软包锂离子电池在结构上相比于方形锂离子电池有一定的优势，比如说，安全性好，当软包电池发生故障时，它会鼓气裂开，不会像方形电池发生爆炸，而且软包电池质量更轻、内阻小，电池包的比能量相比于方形锂离子电池而言提高了 25%，自放电率也比较低，能够有效地提高锂离子电池的性能。
【参考文献】

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1 王斌;林鑫焱;陈辛波;史晶晶;;基于循环工况的纯电动汽车驱动电机参数优化[J];汽车工程学报;2015年03期

2 徐晶;张彩萍;汪国秀;渠砚青;王亮;;梯次利用锂离子电池欧姆内阻测试方法研究[J];电源技术;2015年02期

3 孙木子;;从市场角度谈新能源乘用车[J];时代汽车;2014年11期

4 张锋;肖忠良;宋刘斌;谢峥璨;曾巨澜;;磷酸铁锂电池充放电过程中的热性能[J];电源技术;2013年09期

5 姬芬竹;刘丽君;杨世春;徐斌;;电动汽车动力电池生热模型和散热特性[J];北京航空航天大学学报;2014年01期

6 汤依伟;贾明;程昀;张凯;张红亮;李劼;;基于电化学与热能的耦合关系演算聚合物锂离子动力电池的温度状态及分布[J];物理学报;2013年15期

7 鄂加强;龙艳平;王曙辉;蔡皓;胡小峰;朱蓉甲;;动力锂离子电池充电过程热模拟及影响因素灰色关联分析[J];中南大学学报(自然科学版);2013年03期

8 徐晓明;赵又群;;基于双进双出流径液冷系统散热的电池模块热特性分析[J];中国机械工程;2013年03期

9 袁昊;王丽芳;王立业;;基于液体冷却和加热的电动汽车电池热管理系统(英文)[J];汽车安全与节能学报;2012年04期

10 冯旭宁;李建军;王莉;高剑;何向明;欧阳明高;;锂离子电池各向异性导热的实验与建模[J];汽车安全与节能学报;2012年02期

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2 梁金华;纯电动车用磷酸铁锂电池组散热研究[D];清华大学;2012年

3 林国发;纯电动汽车锂电池组温度场研究及散热结构优化[D];重庆大学;2011年

本文编号：2868213