液冷式18650动力锂电池组温度场分析及优化

发布时间：2020-09-11 10:30

　　随着生态环境严重污染与新能源的迅猛发展,新能源汽车的发展已成为一种必然趋势,而作为汽车的动力能源,18650动力锂离子电池凭借自身的优点成为代替化石能源的首要选择。然而锂离子电池在新能源汽车中工作时常处于高倍率放电的状态,其使用性能、安全性能和寿命由于受到工作时产生的热量引起的温度升高和温度差异的影响。与此同时频繁发生的热安全问题严重阻碍了电动汽车的发展。因此,采用数值模拟方法研究电池在具体工况下的温度分布,设计合适的锂离子电池组热管理系统,并以此为基础分析优化锂电池组的温度场,提高其散热性能,对于锂离子电池的发展和在新能源汽车上的应用有着里程碑式的意义。本文的主要研究内容可以概括如下:(1)分析了锂离子电池的工作结构、工作原理及产热,基于Bernardi等的理论建立的电池生热速率模型并以此为基础确定锂离子电池生热功率与电池欧姆内阻和温熵系数有关。通过对锂离子电池进行Peak Power测试和HPPC试验得出欧姆内阻和温熵系数随电池剩余电量SOC变化曲线。(2)研究了锂离子电池基础传热理论,建立锂离子电池三维热模型。计算获得锂离子电池相关热物性参数,并根据生热速率模型,在Fluent中编写电池单体的热源UDF,实现电池仿真生热速率的动态变化。采用计算流体动力学的方法,对自然对流下锂离子电池单体以不同倍率放电的生热情况进行仿真模拟。结果表明,在不同倍率放电条件下电池峰值温度超过了电池最佳性能温度范围,且电池本身温度差异较大。当电池成组应用时,应设计热管理系统。(3)设计了一种液体冷却方式为电池组进行热管理,冷却介质为乙二醇,将冷却液流速,电池组的放电倍率作为变量,通过流固耦合热仿真,对温度云图、最高温度、电池组和电池间的温度差等结果进行分析,得出电池在三种不同放电倍率条件下,冷却液体流速对电池组温度场的影响规律。但发现在高倍率放电条件下散热效果相对来说不是很好,影响热管理系统散热能力的发挥。所以需要对高放电倍率下的电池组相关指标进行优化。(4)为使该液体冷却散热系统散热性能达到最优化,通过计算流体动力学与正交试验相结合的优化方法,对乙二醇比例;冷却介质温度;对流换热系数;冷介质流速四个因素进行优选,揭示了四个因素对三个试验指标的影响,综合考量后得到最优组合。
【学位单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U469.72

【参考文献】