电动汽车锂离子电池包热特性研究与优化设计

发布时间：2017-06-04 03:16

  本文关键词：电动汽车锂离子电池包热特性研究与优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 锂离子电池因其性能优异在电动汽车上得到了大量应用,但其在使用过程中会大量发热是一个必须注意的问题.这不仅影响锂离子电池的性能,也会产生相应安全问题。因此电池包的热管理是电动汽车和混合动力电动汽车在所有气候条件下有效运行必不可少的。本文分析了温度对电池组性能和寿命的影响,概括了电池组热管理系统的功能,介绍了电池组热管理系统设计的一般流程。并讲述电池包热管理需解决的一些问题和相关解决方案,以及怎样合适的设计电池包散热加热系统。 具体来说本文首先介绍了电动汽车电池包的构造,然后介绍了锂离子电池的生热机理.分析在不同温度条件下锂离子电池以不同倍率充放电时的温度场,以及锂离子电池的热特性。基于此,应用ANSYS分析计算锂离子电池组的温度场,研究锂离子电池的发热问题。分析电池包内部电池模块的冷却方式,比较串行和并行通风冷却的特点。数值模拟热管理的风道冷却效果。根据车辆实际运行工况和电池包的实际结构模拟出电池包内部温度场的情况,进而研究了电动汽车锂离子电池包的整体热特性。 同时分析出性能最好的电池很差的整合成电动车电池包或电池包模块也会导致电池包整体性能降低。在本文中我们比较讨论电池包使用众多小电池与少量大电池,还有使用棱柱形电池与圆柱电池的优点和缺点。并通过热特性仿真分析说明选取不同类型电池的区别,另外还分析了电池模块化方式。 本文的研究主要针对电动汽车电池包内部电池模块的布置,同时研究了冷却结构的设计。并对目前国内外电池包热管理的最新研究做了相关分析和归纳总结,指导电动汽车电池包的设计。同时对电池包的热管理系统设计方法做了相关的归纳总结,总结出最佳的设计流程。并且针对有利于电池包热管理的电池选型作出相关介绍,指导电池的设计。总之本研究对于电动汽车电池包整体的设计有一定指导价值。
【关键词】：电动汽车 电池包 热管理 加热 冷却 数值仿真
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TM912
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-15
• 1.1 我国电动汽车的发展8
• 1.2 电动汽车的分类与特点以及面临的主要问题8-11
• 1.3 电动汽车储能装置-电池包11-13
• 1.4 电动汽车电池包国内外研究现状13
• 1.5 本文的研究内容，研究方法，研究意义13-15
• 第二章 电动汽车动力系统储能装置-电池包15-24
• 2.1 电池包的设计选取15-17
• 2.1.1 电池包在车辆上的位置15-16
• 2.1.2 电池包形状及构造16-17
• 2.2 电动车电池包中电池17-21
• 2.2.1 动力电池的基本术语17-18
• 2.2.2 不同电动车辆对电池性能的要求18-20
• 2.2.3 电动车用电池的应用发展，以及主要种类及问题20-21
• 2.2.4 动力电池前景展望21
• 2.3 电动车电池包的关键技术21-24
• 2.3.1 电池管理系统概述21-22
• 2.3.2 电动车用电池管理的关键技术-热管理22-24
• 第三章 电动汽车锂离子电池包热性能分析24-31
• 3.1 电池包中单体锂离子电池性能分析24-28
• 3.1.1 锂离子电池的特点以及性能指标24-25
• 3.1.2 锂离子电池的分类、结构25-26
• 3.1.3 锂离子电池存在的问题-安全性(与热特性紧密相关)26-27
• 3.1.4 锂离子电池的热特性、生热机制27-28
• 3.2 锂离子电池包热特性研究28-29
• 3.3 锂离子电池包热管理的重要性以及管理内容29-31
• 第四章 电动车锂离子电池热特性仿真分析31-49
• 4.1 电池模块仿真分析的必要性31
• 4.2 单体电池热数学模型31-33
• 4.3 热性能仿真软件ANSYS介绍33-34
• 4.4 单体电池的建模分析34-42
• 4.4.1 实际问题模型分析34-35
• 4.4.2 实体建模35-36
• 4.4.3 三维建模以及模型网格图36-37
• 4.4.4 相同环境温度条件下单体电池不同倍率恒流放电温升比较分析37-40
• 4.4.5 不同环境温度下单体电池同倍率1C恒流放电至截止电压温升分析40-42
• 4.5 (一组电池30块)电池组模块建模热分析42-47
• 4.5.1 只考虑电池内核生热的30块电池二维温度场分析(不考虑极柱生热影响)43-44
• 4.5.2 考虑两极柱生热的30块电池模块三维温度场分析44-47
• 4.6 分析不足47-49
• 第五章 针对热特性的锂离子电池包热管理系统设计49-69
• 5.1 电池包热管理的合理设计流程49-51
• 5.1.1 首先考虑BTMS设计目标和制约因数49-50
• 5.1.2 测量和估计电池的生热率以及热容量50
• 5.1.3 预测电池包的热场及温度50-51
• 5.1.4 初步设计BTMS(重复上步如有需要)51
• 5.1.5 构建和测试BTMS51
• 5.1.6 完善和优化BTMS51
• 5.2 电池包热管理系统分析51-57
• 5.2.1 主动系统与被动系统52-54
• 5.2.2 散热系统54-55
• 5.2.3 加热系统55-57
• 5.3 热管理系统的仿真分析57-58
• 5.4 有利于热管理的电池包优化设计58-68
• 5.4.1 电池包放置位置的选择58-59
• 5.4.2 电池的选取59-63
• 5.4.3 电池组不同模块化方式的选取63-67
• 5.4.4 热管理系统的散热结构设计67-68
• 5.5 结语68-69
• 总结69-70
• 参考文献70-72
• 致谢72-73
• 在学校期间的研究成果73

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本文编号：419898