电动汽车用锂离子电池热特性及散热装置的数值模拟

发布时间：2017-04-26 23:04

  本文关键词：电动汽车用锂离子电池热特性及散热装置的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：锂离子电池以其优越的性能广泛应用于电动汽车中，然而，工作过程当中锂离子电池产热明显，如果不及时散热，很容易引起电池内部的热量堆积导致电源系统出现故障以及安全事故的发生。因此，开发合理有效的锂离子电池组热管理系统，对于提高电动汽车安全性至关重要。本文基于锂离子电池产热机理，建立锂离子电池热效应模型，模拟不同使用条件下锂离子电池的温度特性，并针对不同散热装置模型进行仿真分析并进一步优化设计，以提高锂离子电池组散热性能。本文主要研究内容如下： （1）通过查阅文献，系统总结了电动汽车电池热管理技术研究现状；从电池安全性以及使用寿命的角度，对比分析现有车用动力蓄电池类型以及结构特点，确定26650型号圆柱形LiFePO4锂电池作为研究对象，阐述锂离子电池反应原理以及产热机理，并对电池热特性进行分析。 （2）建立锂离子电池热效应模型，利用ANSYS软件仿真分析了自然对流情况下锂离子电池的热特性，研究了相同环境温度、不同放电倍率下电池温升情况以及在相同放电倍率、不同环境温度下的温升情况；并进一步模拟了15A脉冲放电工况的电池热特性，通过对比试验数据，，验证了热效应模型的合理性。 （3）以锂离子电池热效应模型为基础，建立电池单体以及电池组风冷散热装置模型，模拟了强制风冷下散热装置的速度和温度特性，并针对错列布置以及添加导流板两种优化方案进行仿真分析。结果表明：两种优化方案均可改善锂离子电池组散热情况，扇叶状导流板能将电池组内温差控制在5℃之内，满足电池组内部温度均匀性使用要求。 （4）鉴于风冷散热系统中沿着风道流动方向电池组内温度不一致性问题，设计了一种应用于液体冷却的电池散热装置，该散热装置主要包括导热套筒以及基于流向设计的冷却绕管。通过对该散热系统模拟仿真，结果表明：在10C放电工况下，电池内部温差只有3℃，液冷散热装置起到很好的冷却效果。 上述研究结果可为电动车用锂离子电池热管理系统研究及设计提供参考。
【关键词】：电动汽车 锂离子电池 热管理 ANSYS
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM912;U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 电动汽车用蓄电池及其热管理系统12-16
• 1.2.1 电动汽车用动力蓄电池介绍12-15
• 1.2.2 电动汽车电池热管理系统15-16
• 1.3 电动汽车电池热管理系统研究进展16-21
• 1.3.1 风冷散热系统16-18
• 1.3.2 液冷散热系统18-19
• 1.3.3 相变材料应用散热系统19-20
• 1.3.4 其他热管理系统20-21
• 1.4 主要研究内容21-22
• 第二章 电动车用锂离子电池热特性22-31
• 2.1 电动车用动力电池基本性能指标22-24
• 2.2 电动车用锂离子电池结构24-26
• 2.2.1 方形锂离子电池24-25
• 2.2.2 圆柱形锂离子电池25-26
• 2.3 LiFePO_4电池生热原理26-29
• 2.3.1 LiFePO_4电池化学反应原理26-27
• 2.3.2 LiFePO_4电池生热原理分析27-29
• 2.4 LiFePO_4电池热特性分析29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 锂离子电池热效应模型31-50
• 3.1 锂离子电池数值模型31-36
• 3.1.1 传热基本方式31-33
• 3.1.2 电池散热模型33-36
• 3.2 锂离子电池物理模型36-47
• 3.2.1 模型简化36-37
• 3.2.2 实体建模37-38
• 3.2.3 仿真分析38-47
• 3.3 锂离子电池热效应模型验证47-48
• 3.4 本章小结48-50
• 第四章 锂离子电池散热装置 CFD 仿真分析50-61
• 4.1 几何模型建立及网格划分50-52
• 4.1.1 几何模型建立50-51
• 4.1.2 网格划分及边界条件类型51-52
• 4.2 选择计算模型52-54
• 4.2.1 流体区域及求解控制器设置52-53
• 4.2.2 湍流模型选择53-54
• 4.3 计算工况与边界条件设定54-55
• 4.4 锂离子电池散热装置仿真分析55-59
• 4.4.1 速度场分析55-57
• 4.4.2 温度场分析57-59
• 4.4.3 流速对散热效果的影响59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 圆柱形锂离子电池组散热系统设计61-77
• 5.1 电池组初步设计方案61-65
• 5.1.1 电池组结构61-62
• 5.1.2 仿真结果分析62-65
• 5.2 电池组错列布置方案65-68
• 5.2.1 电池组结构65-66
• 5.2.2 仿真结果分析66-68
• 5.3 电池组导流板方案68-72
• 5.3.1 电池组结构69
• 5.3.2 仿真结果分析69-72
• 5.4 液体冷却分析72-75
• 5.4.1 液冷散热装置72-73
• 5.4.2 仿真结果分析73-75
• 5.5 本章小结75-77
• 总结与展望77-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果84-85
• 致谢85-86
• 附件86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王浩宇;吴义民;韩国军;;内翅片换热管内相变材料融化的数值模拟[J];北京建筑工程学院学报;2009年02期

2 吴忠杰;张国庆;;混合动力车用镍氢电池的液体冷却系统[J];广东工业大学学报;2008年04期

3 付正阳,林成涛,陈全世;电动汽车电池组热管理系统的关键技术[J];公路交通科技;2005年03期

4 张国庆;吴忠杰;饶中浩;傅李鹏;;动力电池热管冷却效果实验[J];化工进展;2009年07期

5 陈明华;包海涛;;基于FLUENT电动汽车镍氢电池风冷流场的研究[J];淮阴工学院学报;2009年05期

6 李哲;韩雪冰;卢兰光;欧阳明高;;动力型磷酸铁锂电池的温度特性[J];机械工程学报;2011年18期

7 杨亚联;张昕;李隆键;胡明辉;;基于CFD的混合动力车用镍氢电池散热系统研究[J];汽车工程;2009年03期

8 肖红林;郭明明;李洪亮;;电动汽车动力电池组散热特性数值模拟研究[J];汽车工程;2011年11期

9 朱晖;张逸成;朱昌平;陈磊涛;;电动汽车电池组热管理系统的研究[J];实验室研究与探索;2011年06期

10 王林;傅杰文;陆珂伟;;荣威550插电式混合动力车动力蓄电池解决方案[J];汽车与配件;2013年49期

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本文编号：329397