电动汽车动力锂电池组液冷散热系统的研究与优化
发布时间：2021-05-27 09:37
面对日益严重的环境污染问题与能源短缺问题,发展纯电动汽车是大势所趋。动力电池作为电动汽车唯一的动力来源,是当下制约电动汽车发展的瓶颈之一。由于锂离子电池对温度十分敏感,过高过低的温度都会对其性能造成严重影响,且电池组内紧密安放的电池极易引起热堆积,热重叠等一系列现象。因此对动力电池进行热管理是至关重要的。本文主要运用CFD计算流体力学仿真分析的方法,站在工程应用的角度,分别建立无间隙电池模组与正常间隙电池模组,采用保守的方案对电池模组进行热管理,提出合理的散热系统方案并对其进行研究与优化,使电动汽车的性能与热安全性得到进一步提高。本文的具体研究内容如下:（1）对锂电池的结构、工作原理、生热机理、传热理论以及温度对电池特性的影响进行了研究与分析。研究了锂离子电池的生热速率与热物性参数的计算并对其进行了估算。（2）运用CATIA软件搭建了电池单体及模组模型。运用AMESim一维仿真和Fluent三维仿真对不同放电倍率下单体锂电池的温升与不同环境温度下单体锂电池的温升进行了仿真分析,并与实验数据进行对比,验证模型的正确性。通过Fluent软件对在空气自然对流下电池模组的温升进行了仿真,验证了...
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.1.1 电动汽车
1.1.2 动力电池
1.1.3 电池热管理系统
1.2 国内外研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 本章小结
2 锂电池的热特性研究
2.1 锂电池的组成
2.2 锂电池的工作原理
2.3 锂电池生热机理的分析
2.4 锂电池的传热理论
2.5 锂电池的生热速率
2.6 锂电池热物性参数的计算
2.6.1 密度
2.6.2 比热容
2.6.3 导热系数
2.7 温度对电池特性的影响
2.7.1 不同环境温度下的电池容量
2.7.2 不同环境温度下的电池内阻和开路电压
2.8 本章小结
3 AMESim概述及其应用
3.1 单体锂电池
3.1.1 单体锂电池的选择
3.1.2 单体锂电池仿真研究
3.2 一维仿真软件
3.2.1 AMESim概述
3.2.2 AMESim的优缺点
3.2.3 AMESim的连接方式
3.3 基于AMESim仿真
3.3.1 不同放电倍率下电池的温度变化
3.3.2 不同环境温度下电池的温度变化
3.3.3 热管理方式的选择
3.4 电池液流冷却循环的两种方案
3.4.1 水箱冷却散热
3.4.2 液体冷却与空调系统耦合
3.5 本章小结
4 锂离子电池组温度场分析及液冷流道的设计
4.1 CFD的应用
4.1.1 CFD概述
4.1.2 CFD基本控制方程
4.2 电池的几何建模
4.2.1 几何模型的搭建
4.2.2 电池组的网格划分
4.3 自然对流下的电池模组的仿真
4.4 电池模组的液体冷却
4.4.1 电池模组的建立及网格划分
4.4.2 冷却液运动状态的选择
4.4.3 不同流道对散热的影响
4.5 本章小结
5 电池模组液冷的散热效果的优化及典型工况下的仿真分析
5.1 不同冷却因素下电池组散热性能的仿真
5.1.1 不同冷却液进口温度对冷却效果的影响
5.1.2 不同冷却液流速对冷却效果的影响
5.2 正交试验的设计
5.3 典型工况下电池组热特性
5.4 散热系统的仿真
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STAR-CCM+的电池组冷却系统的设计与研究[J]. 乐文,徐志龙,曹楠楠. 农业装备与车辆工程. 2019(08)
[2]稳定分层二层流非湍流/湍流层无平均剪切密度界面处的湍流[J]. 李兆辉,时钟. 计算物理. 2018(06)
[3]圆柱形锂离子电池模组微通道液冷热模型[J]. 赵春荣,曹文炅,董缇,蒋方明. 化工学报. 2017(08)
[4]锂离子电池组热管理系统研究现状[J]. 白帆飞,宋文吉,陈明彪,冯自平. 电池. 2016(03)
[5]中国新能源汽车产业发展展望[J]. 唐葆君,刘江鹏. 北京理工大学学报(社会科学版). 2015(02)
[6]纯电动汽车电池箱的热特性[J]. 陈燕虹,吴伟静,刘宏伟,沈帅,李策园,耿焕亮. 吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[7]流体力学经典实验雷诺实验FLASH模拟[J]. 张福龙. 科技风. 2013(11)
[8]基于双进双出流径液冷系统散热的电池模块热特性分析[J]. 徐晓明,赵又群. 中国机械工程. 2013(03)
[9]电动汽车电池组热管理系统的研究进展[J]. 雷治国,张承宁. 电源技术. 2011(12)
[10]动力型磷酸铁锂电池的温度特性[J]. 李哲,韩雪冰,卢兰光,欧阳明高. 机械工程学报. 2011(18)
硕士论文
[1]电动汽车锂离子电池热特性分析及液冷性能优化[D]. 刘兵.江苏大学 2019
[2]电动汽车电池热特性及散热分析[D]. 帅令.重庆大学 2018
[3]18650锂离子电池产热模型及运用研究[D]. 杨勇.重庆大学 2018
[4]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
[5]新能源汽车用锂电池热管理系统研究[D]. 张辉明.山东大学 2017
[6]电池组结构设计及其热管理液流传热强化研究[D]. 闵德平.吉林大学 2016
[7]相变散热在锂离子电池热管理中的应用[D]. 南爵.电子科技大学 2016
[8]锂离子动力电池热状态研究[D]. 许建青.浙江大学 2016
[9]FSE电动方程式赛车动力系统性能研究[D]. 张明亮.重庆大学 2015
[10]纯电动汽车用动力电池组热特性研究[D]. 江超.合肥工业大学 2015
本文编号：3207338
【文章来源】：西华大学四川省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.1.1 电动汽车
1.1.2 动力电池
1.1.3 电池热管理系统
1.2 国内外研究现状
1.3 主要研究内容
1.4 本章小结
2 锂电池的热特性研究
2.1 锂电池的组成
2.2 锂电池的工作原理
2.3 锂电池生热机理的分析
2.4 锂电池的传热理论
2.5 锂电池的生热速率
2.6 锂电池热物性参数的计算
2.6.1 密度
2.6.2 比热容
2.6.3 导热系数
2.7 温度对电池特性的影响
2.7.1 不同环境温度下的电池容量
2.7.2 不同环境温度下的电池内阻和开路电压
2.8 本章小结
3 AMESim概述及其应用
3.1 单体锂电池
3.1.1 单体锂电池的选择
3.1.2 单体锂电池仿真研究
3.2 一维仿真软件
3.2.1 AMESim概述
3.2.2 AMESim的优缺点
3.2.3 AMESim的连接方式
3.3 基于AMESim仿真
3.3.1 不同放电倍率下电池的温度变化
3.3.2 不同环境温度下电池的温度变化
3.3.3 热管理方式的选择
3.4 电池液流冷却循环的两种方案
3.4.1 水箱冷却散热
3.4.2 液体冷却与空调系统耦合
3.5 本章小结
4 锂离子电池组温度场分析及液冷流道的设计
4.1 CFD的应用
4.1.1 CFD概述
4.1.2 CFD基本控制方程
4.2 电池的几何建模
4.2.1 几何模型的搭建
4.2.2 电池组的网格划分
4.3 自然对流下的电池模组的仿真
4.4 电池模组的液体冷却
4.4.1 电池模组的建立及网格划分
4.4.2 冷却液运动状态的选择
4.4.3 不同流道对散热的影响
4.5 本章小结
5 电池模组液冷的散热效果的优化及典型工况下的仿真分析
5.1 不同冷却因素下电池组散热性能的仿真
5.1.1 不同冷却液进口温度对冷却效果的影响
5.1.2 不同冷却液流速对冷却效果的影响
5.2 正交试验的设计
5.3 典型工况下电池组热特性
5.4 散热系统的仿真
5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表论文及科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于STAR-CCM+的电池组冷却系统的设计与研究[J]. 乐文,徐志龙,曹楠楠. 农业装备与车辆工程. 2019(08)
[2]稳定分层二层流非湍流/湍流层无平均剪切密度界面处的湍流[J]. 李兆辉,时钟. 计算物理. 2018(06)
[3]圆柱形锂离子电池模组微通道液冷热模型[J]. 赵春荣,曹文炅,董缇,蒋方明. 化工学报. 2017(08)
[4]锂离子电池组热管理系统研究现状[J]. 白帆飞,宋文吉,陈明彪,冯自平. 电池. 2016(03)
[5]中国新能源汽车产业发展展望[J]. 唐葆君,刘江鹏. 北京理工大学学报(社会科学版). 2015(02)
[6]纯电动汽车电池箱的热特性[J]. 陈燕虹,吴伟静,刘宏伟,沈帅,李策园,耿焕亮. 吉林大学学报(工学版). 2014(04)
[7]流体力学经典实验雷诺实验FLASH模拟[J]. 张福龙. 科技风. 2013(11)
[8]基于双进双出流径液冷系统散热的电池模块热特性分析[J]. 徐晓明,赵又群. 中国机械工程. 2013(03)
[9]电动汽车电池组热管理系统的研究进展[J]. 雷治国,张承宁. 电源技术. 2011(12)
[10]动力型磷酸铁锂电池的温度特性[J]. 李哲,韩雪冰,卢兰光,欧阳明高. 机械工程学报. 2011(18)
硕士论文
[1]电动汽车锂离子电池热特性分析及液冷性能优化[D]. 刘兵.江苏大学 2019
[2]电动汽车电池热特性及散热分析[D]. 帅令.重庆大学 2018
[3]18650锂离子电池产热模型及运用研究[D]. 杨勇.重庆大学 2018
[4]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
[5]新能源汽车用锂电池热管理系统研究[D]. 张辉明.山东大学 2017
[6]电池组结构设计及其热管理液流传热强化研究[D]. 闵德平.吉林大学 2016
[7]相变散热在锂离子电池热管理中的应用[D]. 南爵.电子科技大学 2016
[8]锂离子动力电池热状态研究[D]. 许建青.浙江大学 2016
[9]FSE电动方程式赛车动力系统性能研究[D]. 张明亮.重庆大学 2015
[10]纯电动汽车用动力电池组热特性研究[D]. 江超.合肥工业大学 2015
本文编号：3207338
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