软包锂电池产热模型及其波纹冷板散热研究
发布时间：2021-06-05 18:19
电动汽车作为新一代汽车产业发展的热点,近年来得到了世界各国的大力支持和重视,特别是在我国,重视发展电动汽车被视作“弯道超车”的技术革新之路。因此,作为电动汽车动力心脏的动力电池,其热管理问题也越来越重要,热管理性能的好坏将会直接影响到电动汽车的动力性、续航里程、寿命以及安全性能。而近年来受动力电池集成的影响,需要液冷散热才能更好的满足更大动力的电池包散热要求。而要处理好动力电池包的热特性,首先需要研究锂电池的产热情况,其次需要合适的冷却模式,从而分析电池包散热效果是否合理。本文采用LG公司的软包锂电池作为基础研究对象,其主要工作如下:（1）阐述软包锂电池的结构和工作原理,并基于Bernadi的产热公式确定内核产热模型,正负极耳则采用恒定热源;并依据传热学相关理论阐述不同冷却模式下的传热机理。最后则阐述了CFD数学模型的相关基本理论。（2）利用实验设备,搭建充放电试验台,确定实验方案,记录电压、电容等在不同环境温度和放电倍率下随时间的变化数据,并通过数据整理验证环境温度对电动势温度影响系数的可忽略不计,进而研究电动势温度影响系数随SOC的变化规律;另外还包括软包锂电池欧姆內阻、极化內阻随...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电动汽车燃烧爆炸事故Fig.1.1Electricvehiclecombustionexplosionaccident
1绪论7境下工作时，单体电池容量仅为额定值的1/3[17]。而由相关研究表明，在–20℃时锂离子电池放电容量将比室温环境下衰减31.5%左右[18]。因此，合适的充放电温度是保证电池性能发挥的关键所在[19]。图1.2温度对单体循环寿命的影响Fig.1.2Effectoftemperatureonsinglecyclelife根据相关研究表明，如上图1.2所示，电池在相同的放电容量下开始放电对外输出能量，在剩余容量为96%时，25℃、30℃、35℃环境下的每个电芯的输出能量分别为90KWh、70KWh、50KWh。在单体继续放电过程中，当剩余容量达到90%时，每个电芯的能量输出也在逐渐减少。且25℃、30℃、35℃环境下的每个电芯的输出能量分别为300KWh、235KWh、165KWh。由此可知，放电能量随单体温度的变化影响非常大，在相同的SOC下，每个电芯的能量输出受温度影响为由0增大到6.75KWh/℃。且由图1.2中的变化趋势我们可以推导出，随着电池容量的降低，单个电芯受温度影响的能量输出的因子更大。因此，电池容量将会导致充放电的频率增大。由于受制作工艺和研究现状的限制，电池的寿命是有限的，即充放电次数是有限的。因此，充放电频率的增大，将会导致电池提前失效。③热均衡性问题为了满足驱动电机的电压要求，需要将单体集成组成电池包使用。由于单体电池工作中三维热效应会导致温度分布不均匀，影响单体电池性能发挥。且随着电池尺寸的增大，对于单体电池而言，其内部产热不均匀性突出，如正极反应的产热量大概是其它部位的三倍[20]。根据“木桶理论”单个电池的好坏将会导致电池性能的严重变化，引起SOC和SOH的恶化[21][22]。文献[23][24]研究了Li-ion电池组（由10个26650型磷酸铁锂电池单体串联组成）在温度为60℃时，当电池组温差为0℃时，0.5C充/放电循环2000次后，容量衰减38%；?
2软包锂电池产热模型及其热平衡理论研究132软包锂电池产热模型及其热平衡理论研究2.1概述由于锂离子(Li-ion)动力电池相对于其他化学电池具有很多的优点，因此现在很多动力电池企业以及主机厂通过将多个电池单体组成电池组，然后由电池组串并联成大容量、高功率的电池包系统应用在新能源汽车上，从而满足汽车续航里程长、工况复杂的行驶要求。动力电池作为电动汽车的动力源将会产生不同速率的电热化学耦合反应，而化学反应的本质是能量的产生和消耗的过程。所以大量的电池单体以不同倍率进行充放电反应，所以将会产生大量热量。同时受汽车整车空间的限制和电池包布局的要求，电池包内容易因大量的热量聚集，从而导致电池温度的温度不均和单体温差较大的结果，最终将会影响汽车的整车安全性和使用寿命等。而现在的动力电池由于大量的单体集成，需要具有更多优点的液冷模式才能满足动力电池的热调节。因此，对于锂电池的产热行为和热平衡理论研究就有着重要的意义。本文将对LG公司的软包锂电池进行实验、产热和传热机理的仿真建模研究。2.2液冷电池结构与工作原理2.2.1液冷电池包的结构系统如图2.1所示为电池包液冷系统结构示意图。图2.1电池包液冷系统结构示意图Fig.2.1Schematicdiagramofbatterypackliquidcoolingsystem动力电池的液冷系统主要包括电动水泵、温度传感器、加热器、散热器、热交换器等组成，复杂程度不同的液冷系统结构组成也有所区别。但是电池包散热
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池组间接接触液冷散热结构研究[J]. 胡兴军,惠政,郭鹏,杨昌海,王靖宇,薛超坦,肖阳,张靖龙. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[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]动力锂电池组液冷散热仿真[J]. 任冰禹. 汽车实用技术. 2017(13)
[4]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)
[5]电动汽车动力电池产业的发展[J]. 肖成伟,汪继强. 科技导报. 2016(06)
[6]新能源电动汽车动力电池概述[J]. 钟筱良. 现代零部件. 2013(05)
[7]锂离子电池单体热模型研究动态[J]. 宋丽,魏学哲,戴海峰,孙泽昌. 汽车工程. 2013(03)
[8]基于液体冷却和加热的电动汽车电池热管理系统(英文)[J]. 袁昊,王丽芳,王立业. 汽车安全与节能学报. 2012(04)
[9]锂离子动力电池温升特性的研究[J]. 张志杰,李茂德. 汽车工程. 2010(04)
[10]不同相位差正弦型波纹通道内流动与换热特性的数值研究[J]. 阴继翔,李国君,丰镇平. 西安交通大学学报. 2004(07)
硕士论文
[1]基于电—热耦合模型的车用锂离子电池组液冷散热仿真分析[D]. 何志坚.南昌大学 2018
[2]电动车锂电池热管理系统研究[D]. 赵卫兵.吉林大学 2014
[3]纯电动汽车电池箱热特性研究及热管理系统开发[D]. 沈帅.吉林大学 2013
[4]混合动力车用锂电池组液体冷却散热机理研究[D]. 张上安.湖南大学 2013
[5]电动汽车磷酸铁锂动力电池系统集成及管理系统研究[D]. 王林.上海交通大学 2010
本文编号：3212665
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：106 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
电动汽车燃烧爆炸事故Fig.1.1Electricvehiclecombustionexplosionaccident
1绪论7境下工作时，单体电池容量仅为额定值的1/3[17]。而由相关研究表明，在–20℃时锂离子电池放电容量将比室温环境下衰减31.5%左右[18]。因此，合适的充放电温度是保证电池性能发挥的关键所在[19]。图1.2温度对单体循环寿命的影响Fig.1.2Effectoftemperatureonsinglecyclelife根据相关研究表明，如上图1.2所示，电池在相同的放电容量下开始放电对外输出能量，在剩余容量为96%时，25℃、30℃、35℃环境下的每个电芯的输出能量分别为90KWh、70KWh、50KWh。在单体继续放电过程中，当剩余容量达到90%时，每个电芯的能量输出也在逐渐减少。且25℃、30℃、35℃环境下的每个电芯的输出能量分别为300KWh、235KWh、165KWh。由此可知，放电能量随单体温度的变化影响非常大，在相同的SOC下，每个电芯的能量输出受温度影响为由0增大到6.75KWh/℃。且由图1.2中的变化趋势我们可以推导出，随着电池容量的降低，单个电芯受温度影响的能量输出的因子更大。因此，电池容量将会导致充放电的频率增大。由于受制作工艺和研究现状的限制，电池的寿命是有限的，即充放电次数是有限的。因此，充放电频率的增大，将会导致电池提前失效。③热均衡性问题为了满足驱动电机的电压要求，需要将单体集成组成电池包使用。由于单体电池工作中三维热效应会导致温度分布不均匀，影响单体电池性能发挥。且随着电池尺寸的增大，对于单体电池而言，其内部产热不均匀性突出，如正极反应的产热量大概是其它部位的三倍[20]。根据“木桶理论”单个电池的好坏将会导致电池性能的严重变化，引起SOC和SOH的恶化[21][22]。文献[23][24]研究了Li-ion电池组（由10个26650型磷酸铁锂电池单体串联组成）在温度为60℃时，当电池组温差为0℃时，0.5C充/放电循环2000次后，容量衰减38%；?
2软包锂电池产热模型及其热平衡理论研究132软包锂电池产热模型及其热平衡理论研究2.1概述由于锂离子(Li-ion)动力电池相对于其他化学电池具有很多的优点，因此现在很多动力电池企业以及主机厂通过将多个电池单体组成电池组，然后由电池组串并联成大容量、高功率的电池包系统应用在新能源汽车上，从而满足汽车续航里程长、工况复杂的行驶要求。动力电池作为电动汽车的动力源将会产生不同速率的电热化学耦合反应，而化学反应的本质是能量的产生和消耗的过程。所以大量的电池单体以不同倍率进行充放电反应，所以将会产生大量热量。同时受汽车整车空间的限制和电池包布局的要求，电池包内容易因大量的热量聚集，从而导致电池温度的温度不均和单体温差较大的结果，最终将会影响汽车的整车安全性和使用寿命等。而现在的动力电池由于大量的单体集成，需要具有更多优点的液冷模式才能满足动力电池的热调节。因此，对于锂电池的产热行为和热平衡理论研究就有着重要的意义。本文将对LG公司的软包锂电池进行实验、产热和传热机理的仿真建模研究。2.2液冷电池结构与工作原理2.2.1液冷电池包的结构系统如图2.1所示为电池包液冷系统结构示意图。图2.1电池包液冷系统结构示意图Fig.2.1Schematicdiagramofbatterypackliquidcoolingsystem动力电池的液冷系统主要包括电动水泵、温度传感器、加热器、散热器、热交换器等组成，复杂程度不同的液冷系统结构组成也有所区别。但是电池包散热
【参考文献】：
期刊论文
[1]锂离子电池组间接接触液冷散热结构研究[J]. 胡兴军,惠政,郭鹏,杨昌海,王靖宇,薛超坦,肖阳,张靖龙. 湖南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[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]动力锂电池组液冷散热仿真[J]. 任冰禹. 汽车实用技术. 2017(13)
[4]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)
[5]电动汽车动力电池产业的发展[J]. 肖成伟,汪继强. 科技导报. 2016(06)
[6]新能源电动汽车动力电池概述[J]. 钟筱良. 现代零部件. 2013(05)
[7]锂离子电池单体热模型研究动态[J]. 宋丽,魏学哲,戴海峰,孙泽昌. 汽车工程. 2013(03)
[8]基于液体冷却和加热的电动汽车电池热管理系统(英文)[J]. 袁昊,王丽芳,王立业. 汽车安全与节能学报. 2012(04)
[9]锂离子动力电池温升特性的研究[J]. 张志杰,李茂德. 汽车工程. 2010(04)
[10]不同相位差正弦型波纹通道内流动与换热特性的数值研究[J]. 阴继翔,李国君,丰镇平. 西安交通大学学报. 2004(07)
硕士论文
[1]基于电—热耦合模型的车用锂离子电池组液冷散热仿真分析[D]. 何志坚.南昌大学 2018
[2]电动车锂电池热管理系统研究[D]. 赵卫兵.吉林大学 2014
[3]纯电动汽车电池箱热特性研究及热管理系统开发[D]. 沈帅.吉林大学 2013
[4]混合动力车用锂电池组液体冷却散热机理研究[D]. 张上安.湖南大学 2013
[5]电动汽车磷酸铁锂动力电池系统集成及管理系统研究[D]. 王林.上海交通大学 2010
本文编号：3212665
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