动力电池热管理系统关键技术研究
发布时间：2021-03-10 08:56
随着低碳社会的发展需要及绿色能源使用范围的不断扩大,电动汽车在国家政策的大力扶持和市场的强烈需求下,近几年中获得了巨大的发展。电动汽车的快速发展离不开动力电池系统关键技术的不断更新与进步。温度是影响动力使用性能的重要因素,电池热管理系统关键技术的深入研究对于改善动力电池的使用性能、提高使用寿命及保证电池的安全使用方面具有重要意义。本文的主要研究内容有:（1）通过分析LiFePO4电池的工作原理,基于LiFePO4电池单体,采用HPPC测试方式对Bemardi经典产热公式各参数进行识别,采用绝热量热法对LiFePO4电池单体进行发热量测试,获得电池单体的实际发热量,与Bemardi经典产热公式进行对比,验证Bemardi经典产热公式在所研究对象上的适用性,同时也为成组后的动力电池系统的温度场仿真提供边界参数。（2）针对动力电池系统进行整体方案设计,结合电池模组的成组形式,完成电池热管理系统结构设计,通过建立热管理系统的温度场计算理论模型,提出冷却液流量及冷却液偏流率的目标要求;采用CFD（Computational Fluid Dynamics:计算流体力学）软件对热管理系统流场进行流场...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池充放电工作原理示意图
2动力电池产热机理研究15图2-2锂离子电池示意图Figure2-2Schematicdiagramoflithiumbattery充放电柜的功能是可以在指定的电压值或者电流值给电芯充电或者放电，可以设置时间为停止条件，也可以设置电芯的电压值为停止条件，这样就可以实现自动精准控制充入和放出的电量。温度采集仪用来读取电芯表面的温度。恒温箱功能是控制环境温度恒定在某一温度，控制范围为-40℃~60℃，满足了锂离子动力电池工作需求。表2-1电芯参数表Table2-1Cellparametertable参数规格正极极耳材料AL负极极耳材料Cu电芯尺寸(长*宽*厚)/mm301*98*11.2重量/g986标称电压/V3.2充电截止电压/V3.65放电截止电压/V2.0额定容量/Ah752.2.2动力电池HPPC测试通过分析Bemardi产热公式，可以得出公式1的前半部分RIUE，所以测量锂离子电池的内阻是得出产热功率计算公式的必要步骤。根据HPPC（HybridPulsePowerCharacterization：混合动力脉冲能力特性）的测试方法，测试得出锂离子动力电池直流内阻。锂离子动力电池内阻由欧姆内阻和极化内阻两部分组成，直流内阻的测试可以把两部分内阻同时考虑在内。直流内阻也称为动态内阻。测试步骤如下：(1)在室温25℃环境温度下，将电芯与充放电设备连接，置于恒温箱中；(2)对电芯进行恒流充电，直至截止电压，静止1h;(3)对电芯以2C的电流放电，持续时间为10s，然后静置40s，再以1C的电流充电，持续时间10s，然后静置1h;(4)用0.33C小电流对电芯放电至90%SOC（StateofCharge：荷电状态，为充电容量/充电总容量×100%）,重复步骤3，直至放电至10%SOC；
工程硕士专业学位论文16(5)调整恒温箱温度，重复步骤2~4，进行测试。得出数据，图2-3为常温下50%SOC下的一个测试曲线。从数据图中可以发现：在加载脉冲电流的那一瞬间，电池的端电压瞬间也产生阶跃的变化，例如ab段所表现的；而在持续加载电流的过程中，电池的端电压开始缓慢变化，例如bc段所表现的，产生这种变化分别是由欧姆内阻和极化内阻引起的。图2-3HPPC测试过程电流与电压部分曲线图Figure2-3CurveofcurrentandvoltageduringHPPCtest根据测试得出数据，计算得出欧姆内阻和极化内阻的数值。(2-1)(2-2)式中，Ua、Ub和Uc分别对应于图2中a、b、c三个位置点的对应的端电压值。R0为欧姆内阻，R1为极化内阻。2.2.3熵热系数的测试对于熵热系数的测试，通常是通过改变锂离子电池的温度和荷电状态，测试不同状态下锂离子电池的开路电压，从而求得该值。具体测试步骤如下：(1)将电芯连接至充放电设备上；(2)对电芯进行恒流充电，直至充电截止电压；(3)将充满电的锂离子电池放置于恒温箱中，恒温箱内温度设置为45℃，静止2h，待温度检测点温差小于±0.2℃时，利用电压表测量电池的开路电压；
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型蜂巢式液冷动力电池模块传热特性研究[J]. 冯能莲,马瑞锦,陈龙科,董士康,王小凤,张星宇. 化工学报. 2019(05)
[2]基于微小通道波形扁管的圆柱电池液冷模组散热特性[J]. 闵小滕,唐志国,高钦,宋安琪,王守成. 浙江大学学报(工学版). 2019(03)
[3]混合动力汽车用镍氢动力电池组的液冷系统仿真与试验研究[J]. 翟力学,储爱华,张彤. 电池工业. 2018(04)
[4]混流集成式电池组热管理温均特性增效仿真[J]. 王炎,高青,王国华,张天时,苑盟. 吉林大学学报(工学版). 2018(05)
[5]新能源汽车电池组液冷板换热分析与结构优化[J]. 尹振华,苏小平,王强. 轻工学报. 2017(04)
[6]电动车动力锂离子电池水冷系统研究[J]. 张浩,罗志民,宋韩龙,张福增. 汽车实用技术. 2017(06)
[7]对磷酸铁锂动力电池组优化水冷系统的研究[J]. 吕明,陈晨,陈子潇,金博焕,罗慧冉,范云天. 汽车电器. 2017(03)
[8]不同蒸发器结构的超薄平板环路热管的传热性能的差异化[J]. 洪思慧,唐永乐,张新强,汪双凤,张正国. 科学通报. 2017(07)
[9]锂离子动力电池组的直接接触液体冷却方法研究[J]. 罗玉涛,罗卜尔思,郎春艳. 汽车工程. 2016(07)
[10]动力电池热管冷却效果实验[J]. 张国庆,吴忠杰,饶中浩,傅李鹏. 化工进展. 2009(07)
本文编号：3074412
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
锂离子电池充放电工作原理示意图
2动力电池产热机理研究15图2-2锂离子电池示意图Figure2-2Schematicdiagramoflithiumbattery充放电柜的功能是可以在指定的电压值或者电流值给电芯充电或者放电，可以设置时间为停止条件，也可以设置电芯的电压值为停止条件，这样就可以实现自动精准控制充入和放出的电量。温度采集仪用来读取电芯表面的温度。恒温箱功能是控制环境温度恒定在某一温度，控制范围为-40℃~60℃，满足了锂离子动力电池工作需求。表2-1电芯参数表Table2-1Cellparametertable参数规格正极极耳材料AL负极极耳材料Cu电芯尺寸(长*宽*厚)/mm301*98*11.2重量/g986标称电压/V3.2充电截止电压/V3.65放电截止电压/V2.0额定容量/Ah752.2.2动力电池HPPC测试通过分析Bemardi产热公式，可以得出公式1的前半部分RIUE，所以测量锂离子电池的内阻是得出产热功率计算公式的必要步骤。根据HPPC（HybridPulsePowerCharacterization：混合动力脉冲能力特性）的测试方法，测试得出锂离子动力电池直流内阻。锂离子动力电池内阻由欧姆内阻和极化内阻两部分组成，直流内阻的测试可以把两部分内阻同时考虑在内。直流内阻也称为动态内阻。测试步骤如下：(1)在室温25℃环境温度下，将电芯与充放电设备连接，置于恒温箱中；(2)对电芯进行恒流充电，直至截止电压，静止1h;(3)对电芯以2C的电流放电，持续时间为10s，然后静置40s，再以1C的电流充电，持续时间10s，然后静置1h;(4)用0.33C小电流对电芯放电至90%SOC（StateofCharge：荷电状态，为充电容量/充电总容量×100%）,重复步骤3，直至放电至10%SOC；
工程硕士专业学位论文16(5)调整恒温箱温度，重复步骤2~4，进行测试。得出数据，图2-3为常温下50%SOC下的一个测试曲线。从数据图中可以发现：在加载脉冲电流的那一瞬间，电池的端电压瞬间也产生阶跃的变化，例如ab段所表现的；而在持续加载电流的过程中，电池的端电压开始缓慢变化，例如bc段所表现的，产生这种变化分别是由欧姆内阻和极化内阻引起的。图2-3HPPC测试过程电流与电压部分曲线图Figure2-3CurveofcurrentandvoltageduringHPPCtest根据测试得出数据，计算得出欧姆内阻和极化内阻的数值。(2-1)(2-2)式中，Ua、Ub和Uc分别对应于图2中a、b、c三个位置点的对应的端电压值。R0为欧姆内阻，R1为极化内阻。2.2.3熵热系数的测试对于熵热系数的测试，通常是通过改变锂离子电池的温度和荷电状态，测试不同状态下锂离子电池的开路电压，从而求得该值。具体测试步骤如下：(1)将电芯连接至充放电设备上；(2)对电芯进行恒流充电，直至充电截止电压；(3)将充满电的锂离子电池放置于恒温箱中，恒温箱内温度设置为45℃，静止2h，待温度检测点温差小于±0.2℃时，利用电压表测量电池的开路电压；
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型蜂巢式液冷动力电池模块传热特性研究[J]. 冯能莲,马瑞锦,陈龙科,董士康,王小凤,张星宇. 化工学报. 2019(05)
[2]基于微小通道波形扁管的圆柱电池液冷模组散热特性[J]. 闵小滕,唐志国,高钦,宋安琪,王守成. 浙江大学学报(工学版). 2019(03)
[3]混合动力汽车用镍氢动力电池组的液冷系统仿真与试验研究[J]. 翟力学,储爱华,张彤. 电池工业. 2018(04)
[4]混流集成式电池组热管理温均特性增效仿真[J]. 王炎,高青,王国华,张天时,苑盟. 吉林大学学报(工学版). 2018(05)
[5]新能源汽车电池组液冷板换热分析与结构优化[J]. 尹振华,苏小平,王强. 轻工学报. 2017(04)
[6]电动车动力锂离子电池水冷系统研究[J]. 张浩,罗志民,宋韩龙,张福增. 汽车实用技术. 2017(06)
[7]对磷酸铁锂动力电池组优化水冷系统的研究[J]. 吕明,陈晨,陈子潇,金博焕,罗慧冉,范云天. 汽车电器. 2017(03)
[8]不同蒸发器结构的超薄平板环路热管的传热性能的差异化[J]. 洪思慧,唐永乐,张新强,汪双凤,张正国. 科学通报. 2017(07)
[9]锂离子动力电池组的直接接触液体冷却方法研究[J]. 罗玉涛,罗卜尔思,郎春艳. 汽车工程. 2016(07)
[10]动力电池热管冷却效果实验[J]. 张国庆,吴忠杰,饶中浩,傅李鹏. 化工进展. 2009(07)
本文编号：3074412
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