纯电动汽车锂离子电池热效应及电池组散热结构优化

发布时间：2017-03-21 16:02

  本文关键词：纯电动汽车锂离子电池热效应及电池组散热结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纯电动汽车结构简单，维修方便，操作性能好，与传统燃油汽车相比具有无振动、无噪声、无排放污染等优点，发展前景广阔，已成为未来汽车行业重要发展方向之一。动力电池作为纯电动汽车的唯一储能元件，直接影响到纯电动汽车的整车性能。锂离子电池具有电压平台高，能量密度大、功率密度高、循环寿命长、自放电率低、污染少等优点，成为纯电动汽车的优选电池。 在纯电动车辆正常运行中，锂离子动力电池组伴随着充放电会产生大量的热，如果这些热量不能够及时散失掉将导致电池组内部温度不断升高及温度分布不均匀，从而降低电池的使用性能、循环寿命及安全性。所以，为保证电池性能的稳定性,既要使得电池组的工作温度保持在适宜的临界温度之下，也要控制内部温差在一定范围内。因此，建立电池热效应分析的理论模型，利用数值仿真技术（CFD）模拟计算电池单体和电池组在不同使用条件下的温度场分布,预测电池组散热性能并进行散热结构优化，对电池性能的充分发挥具有重要的现实意义。本文运用实验验证和CFD技术相结合的方法，分析了不同条件下锂离子电池单体的温升，基于不同循环工况分析了电池组动态性能，，并对锂离子动力电池组的温度场进行了建模和数值计算，最后提出了使电池组散热流场和温度场分布均匀的改进措施。 本文研究工作主要有以下几方面： ①对不同充放电倍率下锂离子电池单体温升进行实验分析，并对其不同温度下充放电过程内阻变化和开路电压变化进行测试研究； ②分析锂离子电池的发热机理和传热特性，根据传热学理论建立了锂离子电池热效应模型，并对电池单体充放电过程温度场分布进行了数值模拟； ③借助汽车仿真软件ADVISOR建立了锂离子电池组仿真模型，对不同循环工况及特殊工况下电池组动态特性进行仿真分析，并利用该模型得到了电池组实时生热速率及生热量变化； ④采用CFD技术，对纯电动汽车用锂离子电池组原始散热结构的流场和温度场进行了数值模拟分析，为验证温度场模型的合理性和仿真结果的准确性，对锂离子电池组进行了现场温度场实验测量，并对实验结果和仿真结果进行比较。最后提出了优化锂离子电池组散热系统流场和温度场分布的改进方案。
【关键词】：纯电动汽车 锂离子电池 温度场 CFD技术 实验
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 电动汽车发展概述9-15
• 1.1.1 电动汽车特点及分类9-10
• 1.1.2 纯电动汽车发展的核心技术10-13
• 1.1.3 国内外纯电动汽车研究现状13-15
• 1.2 纯电动汽车用锂离子动力电池的研究15-20
• 1.2.1 纯电动汽车用锂离子动力电池技术要求与应用15
• 1.2.2 锂离子动力电池使用热性能研究的必要性15-16
• 1.2.3 锂离子动力电池热效应研究现状16-17
• 1.2.4 纯电动汽车锂离子动力电池组散热系统研究17-20
• 1.3 论文主要研究内容20-21
• 2 纯电动汽车锂离子电池热特性实验及数值分析理论21-43
• 2.1 锂离子动力电池结构及基本原理21-23
• 2.1.1 锂离子电池的结构21-22
• 2.1.2 锂离子电池工作原理22-23
• 2.2 锂离子动力电池的特点分析23-24
• 2.3 锂离子电池生热机理分析24-26
• 2.4 单体锂离子动力电池热效应实验26-37
• 2.4.1 锂离子动力电池的温度特性26-27
• 2.4.2 电池充放电实验平台搭建27-37
• 2.5 CFD 仿真理论及其在动力电池热分析中的应用37-42
• 2.5.1 CFD 概述37-38
• 2.5.2 CFD 基本控制方程38-40
• 2.5.3 CFD 求解过程40-42
• 2.5.4 CFD 技术在电池热分析中的应用42
• 2.6 本章小结42-43
• 3 单体锂离子电池充放电过程热效应仿真分析43-57
• 3.1 锂离子动力电池三维热效应模型的建立43-46
• 3.1.1 锂离子动力电池热传递基本原理及研究43-45
• 3.1.2 热物性参数的确定45-46
• 3.2 单体锂离子动力电池数值模拟46-52
• 3.2.1 几何模型46-47
• 3.2.2 网格模型47
• 3.2.3 初始条件、边界条件47-48
• 3.2.4 仿真热源的确定48-52
• 3.3 结果与分析52-56
• 3.3.1 模拟结果分析52-55
• 3.3.2 模拟结果与实验结果对比55-56
• 3.4 本章小结56-57
• 4 纯电动汽车典型工况下锂离子电池组动态性能研究57-71
• 4.1 纯电动汽车整车技术参数57
• 4.2 ADVISOR 软件基础介绍57-58
• 4.3 纯电动汽车仿真模型的搭建58-64
• 4.3.1 动力电池组仿真模型的建立59-62
• 4.3.2 基于 ADVISOR 纯电动车仿真参数的定义62-64
• 4.4 纯电动汽车仿真及动力电池生热特性分析64-70
• 4.4.1 车辆仿真行驶工况的选择64-65
• 4.4.2 仿真结果与电池组热特性分析65-70
• 4.5 本章小结70-71
• 5 锂离子动力电池组热仿真及散热结构优化设计71-83
• 5.1 锂离子动力电池组原始模型温度场瞬态仿真分析71-77
• 5.1.1 电池组仿真模型的建立71-73
• 5.1.2 空气流场湍流模型的选择73
• 5.1.3 边界条件设置73-75
• 5.1.4 仿真求解器的选择75-76
• 5.1.5 仿真结果分析76-77
• 5.2 电池组温度场实验77-79
• 5.3 锂离子动力电池组散热结构优化及 CFD 分析79-82
• 5.3.1 优化方案80-81
• 5.3.2 优化后流场分析与温度场分析81-82
• 5.4 本章小结82-83
• 6 总结与展望83-85
• 6.1 全文总结83-84
• 6.2 研究展望84-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-91
• 附录91
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文91
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与科研项目91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张遥;白杨;刘兴江;;动力用锂离子电池热仿真分析[J];电源技术;2008年07期

2 李腾;林成涛;陈全世;;锂离子电池热模型研究进展[J];电源技术;2009年10期

3 王峰;李茂德;;电池热效应分析[J];电源技术;2010年03期

4 肖蕙蕙;王志强;李山;余雷;;电动汽车动力锂离子电池建模与仿真研究[J];电源学报;2012年01期

5 雷治国;张承宁;;电动汽车电池组热管理系统的研究进展[J];电源技术;2011年12期

6 姚征,陈康民;CFD通用软件综述[J];上海理工大学学报;2002年02期

7 陈玉红;唐致远;卢星河;谭才渊;;锂离子电池爆炸机理研究[J];化学进展;2006年06期

8 刘璐;王红蕾;张志刚;;锂离子电池的工作原理及其主要材料[J];科技信息;2009年23期

9 于京诺;王强;陈炜;;电动汽车磷酸铁锂动力电池技术的发展[J];汽车电器;2011年10期

10 眭艳辉;王文;夏保佳;娄豫皖;阎永恒;;混合动力汽车镍氢电池组通风结构优化分析[J];汽车工程;2010年03期

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本文编号：259890