电动汽车动力锂电池包结构设计及其液冷散热性能研究
发布时间：2021-05-08 17:48
动力锂电池作为新能源汽车直接的动力来源,对电动汽车的整体性能有着重要影响。锂电池温度必须处于适宜的温度范围内,并且电池的温差也不能过大,温度过高或者过低都会降低锂电池的循环寿命和使用性能。因此,设计一款结构紧凑、效率高、可靠性强、能够适应不同环境温度和使用工况的动力锂电池液流换热系统显得尤为重要。为了研究温度对锂电池性能的影响,本文对锂电池的特点、生热机理和传热特性进行了理论分析,并建立了数学模型,计算出锂电池的物性参数。根据电池包设计要求,利用SolidWorks三维建模软件完成了动力锂电池模组、电池包和集成式水箱的结构设计,并利用ANSYS有限元分析软件完成了电池包箱体的静强度仿真和模态分析,验证了所设计的电池包箱体的合理性。为了研究环境温度、放电倍率、液冷板结构对电池包发热的影响,利用Fluent有限元仿真软件完成了电池包温度变化的模拟仿真,结果表明环境温度越高、放电倍率越大,电池包温升越大。针对设计的三款液冷板,分别进行了不同放电倍率的电池包液冷模拟仿真,结果表明下置式单进出液冷板效果最差,下置式双进出液冷板可以有效降低液冷板进水口和出水口的温差,但是制冷效果仍不够理想,内置式...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 电动汽车动力电池的发展
1.3 国内外研究现状
1.3.1 动力锂电池包结构研究现状
1.3.2 动力锂电池包热特性研究现状
1.4 论文主要研究内容
2 动力锂电池热特性分析
2.1 锂电池的类型
2.2 锂电池的工作原理
2.3 锂电池的生热机理
2.4 锂电池的传热特性
2.4.1 热传导
2.4.2 辐射传热
2.4.3 对流传热
2.5 锂电池的温度特性
2.6 本章小结
3 动力锂电池包及集成式水箱的结构设计
3.1 动力锂电池包整体设计要求
3.2 单体锂电池的选用
3.3 锂电池模组的设计
3.3.1 锂电池模组的构成原理
3.3.2 锂电池模组的三维模型
3.4 动力锂电池包的设计
3.4.1 电池包的构成原理
3.4.2 电池包的三维模型
3.5 集成式水箱的结构设计
3.6 电池包冷却液循环路径
3.7 电池包箱体静强度仿真分析
3.7.1 载荷和边界条件
3.7.2 仿真结果分析
3.8 电池包箱体模态分析
3.9 本章小结
4 动力锂电池包液冷系统数值仿真
4.1 CFD分析理论及研究方法
4.1.1 Fluent软件特点
4.1.2 CFD的基本控制方程
4.2 电池包自然冷却CFD分析
4.2.1 电池包模型
4.2.2 网格划分
4.2.3 锂电池物性参数的计算
4.2.4 设置边界条件
4.2.5 流场初始化和求解设置
4.2.6 电池包自然冷却仿真结果与分析
4.3 电池包下置式单进出液冷板冷却CFD分析
4.3.1 下置式单进出液冷板模型
4.3.2 网格划分
4.3.3 设置边界条件
4.3.4 电池包下置式单进出液冷板冷却仿真结果与分析
4.4 电池包下置式双进出液冷板冷却CFD分析
4.4.1 下置式双进出液冷板模型
4.4.2 网格划分与边界条件
4.4.3 电池包下置式双进出液冷板冷却仿真结果与分析
4.5 电池包内置式双进出液冷板CFD分析
4.5.1 内置式双进出液冷板模型
4.5.2 网格划分与边界条件
4.5.3 电池包内置式双进出液冷板冷却仿真结果与分析
4.6 电池包冷却液流速与比热容CFD分析
4.6.1 冷却液流速对电池包温升影响仿真结果与分析
4.6.2 比热容对电池包温升影响仿真结果与分析
4.7 电池包低温预热CFD分析
4.7.1 动力锂电池包预热方式的选择
4.7.2 动力锂电池包预热目标
4.7.3 电池包预热仿真与分析
4.8 本章小结
5 电池包温度特性实验研究
5.1 电池包温度特性实验设备
5.2 电池包0.5C、1C倍率充电温升实验
5.2.1 实验步骤
5.2.2 实验结果分析
5.3 电池包0.7C倍率放电温升实验
5.3.1 实验步骤
5.3.2 实验结果分析
5.3.3 数值仿真与实验数据对比
5.4 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文、专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Labview纯电动汽车能源系统诊断平台开发[J]. 姚子欣,刘凌飞,赵瑞林,郭昊. 汽车实用技术. 2019(02)
[2]质子交换膜燃料电池冷启动策略研究现状[J]. 张宝斌. 节能. 2018(12)
[3]电动汽车用智能锂离子电池模组的设计与实现[J]. 欧阳剑,张平,李菁,李慧琪. 机械工程与自动化. 2018(06)
[4]几种锂电池正极材料的发展与比较[J]. 堵莎莎,袁金丽,张亚,孙永明,曹恒喜. 当代化工研究. 2018(11)
[5]增程式电动车动力电池组低温行车预热策略[J]. 于远彬,李新用,闵海涛,张晓伟,冯达. 中国公路学报. 2018(09)
[6]锂电池容量衰减和循环寿命影响因素浅析[J]. 井冰,芦朋,李博. 中国安全防范技术与应用. 2018(03)
[7]液冷管道对动力锂电池组温度场影响研究[J]. 安治国,丁玉章,刘奇,癿建建. 电源技术. 2018(06)
[8]基于贪婪算法的风冷式动力电池热管理系统优化[J]. 陈凯,汪双凤. 工程热物理学报. 2018(05)
[9]车用电池包结构动力学建模及分析方法研究[J]. 兰凤崇,黄培鑫,陈吉清,刘金. 机械工程学报. 2018(08)
[10]电动车辆动力电池的性能特点及其发展[J]. 肖九梅. 电源世界. 2018(01)
博士论文
[1]动力舱热管理系统关键部件建模仿真方法研究[D]. 彭玮.山东大学 2018
[2]18650型动力电芯热—电特性及模组热管理技术研究[D]. 张江云.广东工业大学 2018
[3]锂离子电池产热和热诱导失控特性实验研究[D]. 吴唐琴.中国科学技术大学 2018
[4]中国碳减排路径选择与对策研究[D]. 陈理浩.吉林大学 2014
硕士论文
[1]电池包热管理强化传热设计及分析[D]. 姚鹏.吉林大学 2018
[2]乏燃料水池自然对流传热的数值模拟与结构优化[D]. 邓雨成.山东大学 2018
[3]电动汽车动力电池箱有限元分析及结构优化[D]. 冷晓伟.青岛大学 2018
[4]电动汽车电池热特性及电池组风冷散热研究[D]. 罗宗鸿.南昌航空大学 2018
[5]电动汽车电驱动系统设计与试验[D]. 詹庆峰.安徽农业大学 2018
[6]纯电动汽车锂离子电池组液冷散热系统研究[D]. 杨洋.华南理工大学 2018
[7]多回路水冷方式的动力电池组热管理系统研究[D]. 王留.吉林大学 2017
[8]电动汽车电池组液流热管理系统研究与设计[D]. 喻昆仑.长安大学 2017
[9]随机激励下电动汽车动力电池包结构疲劳性能研究[D]. 陈琪.华南理工大学 2017
[10]纯电动汽车电池组被动式液冷散热系统仿真分析与优化[D]. 曹明伟.合肥工业大学 2017
本文编号：3175735
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.2 电动汽车动力电池的发展
1.3 国内外研究现状
1.3.1 动力锂电池包结构研究现状
1.3.2 动力锂电池包热特性研究现状
1.4 论文主要研究内容
2 动力锂电池热特性分析
2.1 锂电池的类型
2.2 锂电池的工作原理
2.3 锂电池的生热机理
2.4 锂电池的传热特性
2.4.1 热传导
2.4.2 辐射传热
2.4.3 对流传热
2.5 锂电池的温度特性
2.6 本章小结
3 动力锂电池包及集成式水箱的结构设计
3.1 动力锂电池包整体设计要求
3.2 单体锂电池的选用
3.3 锂电池模组的设计
3.3.1 锂电池模组的构成原理
3.3.2 锂电池模组的三维模型
3.4 动力锂电池包的设计
3.4.1 电池包的构成原理
3.4.2 电池包的三维模型
3.5 集成式水箱的结构设计
3.6 电池包冷却液循环路径
3.7 电池包箱体静强度仿真分析
3.7.1 载荷和边界条件
3.7.2 仿真结果分析
3.8 电池包箱体模态分析
3.9 本章小结
4 动力锂电池包液冷系统数值仿真
4.1 CFD分析理论及研究方法
4.1.1 Fluent软件特点
4.1.2 CFD的基本控制方程
4.2 电池包自然冷却CFD分析
4.2.1 电池包模型
4.2.2 网格划分
4.2.3 锂电池物性参数的计算
4.2.4 设置边界条件
4.2.5 流场初始化和求解设置
4.2.6 电池包自然冷却仿真结果与分析
4.3 电池包下置式单进出液冷板冷却CFD分析
4.3.1 下置式单进出液冷板模型
4.3.2 网格划分
4.3.3 设置边界条件
4.3.4 电池包下置式单进出液冷板冷却仿真结果与分析
4.4 电池包下置式双进出液冷板冷却CFD分析
4.4.1 下置式双进出液冷板模型
4.4.2 网格划分与边界条件
4.4.3 电池包下置式双进出液冷板冷却仿真结果与分析
4.5 电池包内置式双进出液冷板CFD分析
4.5.1 内置式双进出液冷板模型
4.5.2 网格划分与边界条件
4.5.3 电池包内置式双进出液冷板冷却仿真结果与分析
4.6 电池包冷却液流速与比热容CFD分析
4.6.1 冷却液流速对电池包温升影响仿真结果与分析
4.6.2 比热容对电池包温升影响仿真结果与分析
4.7 电池包低温预热CFD分析
4.7.1 动力锂电池包预热方式的选择
4.7.2 动力锂电池包预热目标
4.7.3 电池包预热仿真与分析
4.8 本章小结
5 电池包温度特性实验研究
5.1 电池包温度特性实验设备
5.2 电池包0.5C、1C倍率充电温升实验
5.2.1 实验步骤
5.2.2 实验结果分析
5.3 电池包0.7C倍率放电温升实验
5.3.1 实验步骤
5.3.2 实验结果分析
5.3.3 数值仿真与实验数据对比
5.4 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文、专利目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Labview纯电动汽车能源系统诊断平台开发[J]. 姚子欣,刘凌飞,赵瑞林,郭昊. 汽车实用技术. 2019(02)
[2]质子交换膜燃料电池冷启动策略研究现状[J]. 张宝斌. 节能. 2018(12)
[3]电动汽车用智能锂离子电池模组的设计与实现[J]. 欧阳剑,张平,李菁,李慧琪. 机械工程与自动化. 2018(06)
[4]几种锂电池正极材料的发展与比较[J]. 堵莎莎,袁金丽,张亚,孙永明,曹恒喜. 当代化工研究. 2018(11)
[5]增程式电动车动力电池组低温行车预热策略[J]. 于远彬,李新用,闵海涛,张晓伟,冯达. 中国公路学报. 2018(09)
[6]锂电池容量衰减和循环寿命影响因素浅析[J]. 井冰,芦朋,李博. 中国安全防范技术与应用. 2018(03)
[7]液冷管道对动力锂电池组温度场影响研究[J]. 安治国,丁玉章,刘奇,癿建建. 电源技术. 2018(06)
[8]基于贪婪算法的风冷式动力电池热管理系统优化[J]. 陈凯,汪双凤. 工程热物理学报. 2018(05)
[9]车用电池包结构动力学建模及分析方法研究[J]. 兰凤崇,黄培鑫,陈吉清,刘金. 机械工程学报. 2018(08)
[10]电动车辆动力电池的性能特点及其发展[J]. 肖九梅. 电源世界. 2018(01)
博士论文
[1]动力舱热管理系统关键部件建模仿真方法研究[D]. 彭玮.山东大学 2018
[2]18650型动力电芯热—电特性及模组热管理技术研究[D]. 张江云.广东工业大学 2018
[3]锂离子电池产热和热诱导失控特性实验研究[D]. 吴唐琴.中国科学技术大学 2018
[4]中国碳减排路径选择与对策研究[D]. 陈理浩.吉林大学 2014
硕士论文
[1]电池包热管理强化传热设计及分析[D]. 姚鹏.吉林大学 2018
[2]乏燃料水池自然对流传热的数值模拟与结构优化[D]. 邓雨成.山东大学 2018
[3]电动汽车动力电池箱有限元分析及结构优化[D]. 冷晓伟.青岛大学 2018
[4]电动汽车电池热特性及电池组风冷散热研究[D]. 罗宗鸿.南昌航空大学 2018
[5]电动汽车电驱动系统设计与试验[D]. 詹庆峰.安徽农业大学 2018
[6]纯电动汽车锂离子电池组液冷散热系统研究[D]. 杨洋.华南理工大学 2018
[7]多回路水冷方式的动力电池组热管理系统研究[D]. 王留.吉林大学 2017
[8]电动汽车电池组液流热管理系统研究与设计[D]. 喻昆仑.长安大学 2017
[9]随机激励下电动汽车动力电池包结构疲劳性能研究[D]. 陈琪.华南理工大学 2017
[10]纯电动汽车电池组被动式液冷散热系统仿真分析与优化[D]. 曹明伟.合肥工业大学 2017
本文编号：3175735
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3175735.html
