电动汽车电池冷却系统的数值模拟研究

发布时间：2017-04-20 00:15

  本文关键词：电动汽车电池冷却系统的数值模拟研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电池是电动汽车的核心部件之一,其性能好坏直接影响到电动汽车的性能。对电池进行有效的热管理,使得电池包工作时,其内部温度分布均匀,而且整个电池包温度维持在电池的最佳工作温度范围内,对提高电池性能、延长电池寿命至关重要。本文研究了Li FePO4电池的生热和传热规律,并通过数值模拟的方法研究了该电池组成电池包的空气冷却系统,得到了维持电池包内部每个电池模块温度分布均匀条件下的最佳配风方式。本文主要工作及结论如下:(1)综述了单体电池的产热和热模型,及电池包热管理技术的研究进展。(2)对比不同正极材料的安全性能后,将26650Li FePO4电池作为研究目标,并确定了最佳温度范围及温差要求;以及该电池的内部组成、反应过程、产热项和传热特性。(3)构建Li FePO4电池三维仿真模型,研究了不同条件下的温度场变化规律。结果表明:工作电流对电池的温度变化起决定性作用,降低环境温度或增大对流传热系数都有助于降低电池温度。单体电池热分析模型的仿真结果与实验结果吻合。(4)为了验证数值模拟结果的准确性,首先对空气冷却的电池包进行仿真模拟,然后与实验结果进行比较,两者高度一致。(5)为了改善空冷效果,利用我们的专利技术,设计了多进口型空冷装置。对该装置进行了数值仿真研究,结果表明,该系统最大温差值和标准差值都远小于普通风冷电池包;前端进口流量增大时,最大温差值和标准差值都是先变小后变大的,故系统必然存在一种最优流量分配方案。(6)从侧边进口的个数、进口位置的选择及进口结构的设计这三方面,对多进口新型空冷电池热管理系统进行优化设计,并对系统的总体性能进行综合评价。结果表明,当侧边进口数量为3个时,其侧边三个进口倾角分别为60o、60o、60o的系统电池温度一致性最好。在侧边前端进口in2、3和后端进口in6、7这四个进口处设置导流板后,电池组的整体温度差异性是所有优化设计方案中最好的。
【关键词】：电动汽车 Li FePO4电池 热管理系统
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景与意义11
• 1.2 电池热管理系统11-12
• 1.3 电池热管理的国内外现状12-19
• 1.3.1 单体电池的研究12-15
• 1.3.2 电池热管理系统的研究现状15-19
• 1.4 本文研究内容19-20
• 第二章 锂离子电池热特性分析20-29
• 2.1 电动汽车对电池组的要求20-21
• 2.2 锂离子电池的性能优势21-23
• 2.3 锂离子电池组的安全性和温度范围23-25
• 2.3.1 锂离子电池组的安全性23-24
• 2.3.2 动力Li FePO_4电池组的温度范围24-25
• 2.4 Li FePO_4电池生热原理25-27
• 2.4.1 Li FePO_4电池内部结构25-26
• 2.4.2 Li FePO_4电池反应原理26
• 2.4.3 Li FePO_4电池的产热26-27
• 2.5 Li FePO_4电池传热特性27-28
• 2.6 本章小节28-29
• 第三章 锂离子电池热分析模型及其温度特性29-47
• 3.1 电池热分析模型29-31
• 3.2 磷酸铁锂电池的建模热分析31-35
• 3.2.1 单体电池的计算模型31-32
• 3.2.2 单体电池的运行工况32
• 3.2.3 单体电池的材料属性32-34
• 3.2.4 网格划分和质量检查34
• 3.2.5 边界条件与载荷的设置34-35
• 3.3 不同放电条件下电池的温度场分析35-44
• 3.3.1 放电倍率对温度分布的影响35-39
• 3.3.2 环境温度对温度分布的影响39-43
• 3.3.3 表面对流换热系数对温度分布的影响43-44
• 3.4 磷酸铁锂电池热分析模型验证44-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 新型锂离子电池组空冷散热系统47-68
• 4.1 电池组仿真与实验对比47-51
• 4.1.1 前处理设置47-48
• 4.1.2 仿真设置48-49
• 4.1.3 仿真结果与实验对比分析49-51
• 4.2 一般风冷电池组结构51-56
• 4.2.1 计算模型51-52
• 4.2.2 参数条件及模拟设置52
• 4.2.3 仿真结果分析52-56
• 4.3 新型空冷电池热管理系统56-64
• 4.3.1 新型电池热管理系统模型56-57
• 4.3.2 新型系统流量分配方案57-58
• 4.3.3 仿真结果分析58-64
• 4.4 多进.空冷电池热管理系统特性分析64-67
• 4.4.1 箱体侧边进.倾角不同情况64-66
• 4.4.2 新型空冷电池组功率消耗情况66-67
• 4.5 本章小节67-68
• 第五章 新型空冷电池组的优化分析68-87
• 5.1 侧边两个进.的设计优化68-73
• 5.2 侧边单进.的设计73-79
• 5.2.1 单进.质量流量分配方案73
• 5.2.2 仿真结果分析73-76
• 5.2.3 侧面单进.系统的优化76-79
• 5.3 侧边三个进.的优化设计79-84
• 5.3.1 三个进.质量流量分配方案80
• 5.3.2 三个进.的仿真结果分析80-82
• 5.3.3 侧面三个进.系统的优化82-84
• 5.4 侧边进气.数量不同时的综合比较84-85
• 5.5 本章小节85-87
• 总结与展望87-89
• 1 本文工作总结87-88
• 2 展望88-89
• 参考文献89-94
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果94-95
• 致谢95-96
• 附页96

【参考文献】

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1 王慧磊;电动汽车锂动力电池组热管理系统研究与应用[D];黑龙江大学;2012年

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本文编号：317502