车用锂离子电池热特性及液冷性能分析
发布时间：2021-08-20 09:03
随着全球化石能源日益枯竭与生态环境的严重污染,迫切需要寻找一种能够替代化石燃料的清洁能源。锂离子电池以其高比能量、高比功率及高电压平台等优点成为了替代化石燃料的首要选择。但是由于锂离子电池使用过程中频繁发生的热安全问题限制了电动汽车的发展及普及。因此,为了避免发热问题影响电池的正常使用,需要对锂离子电池的生热和散热特性进行准确分析。本文的主要研究内容如下:搭建了锂离子动力电池充放电测试平台,对一款10Ah的磷酸铁锂锂离子电池进行了不同倍率（1C、2C、3C）和不同环境温度（-10℃、5℃、20℃、35℃、50℃）的放电试验,分析了温度及放电倍率对电池温升及容量的影响。针对试验使用的磷酸铁锂锂离子电池,在COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件中搭建了全三维电化学-热耦合模型,分析了锂离子电池工作过程中的电极电位分布、电流密度分布和温度场分布特性。结果表明,通过建立的全三维电化学-热耦合模型可以得到电池局部电位分布和电流密度分布等传统实验方法难以获得的结果;在锂离子电池恒流放电过程中,单电极对内部存在明显的温度梯度,特别是在极耳和极板的过渡区,电池温度梯度变化最大;放电过程...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1串行风冷与并行风冷流道图
青岛大学硕士毕业论文8第二章锂离子电池理论研究2.1锂离子电池的工作原理锂电池因为其具有高比能量、高比功率、高的电压平台和无记忆效应等诸多的优势，目前已经广泛应用于电动汽车领域。锂离子电池作为可反复充放电的二次电池，其工作原理如图2.1所示[53-54]。其中电池的正负极具有储存锂离子的作用，隔膜具有分隔正极和负极的作用，防止电池内部发生短路，目前动力电池隔膜表面会进行涂胶涂陶瓷处理，以增强隔膜的性能。图2.1锂离子电池工作原理锂离子电池的正负极活性物质具有可逆地嵌入和脱出锂离子的功能，当锂离子电池充电时，锂离子就会从电池的正极移动到负极，同时，正极处失去的电子也会经过外电路移动到负极，从而产生了充电电流，当放电时锂离子和电子移动的方向与充电时相反[55]。以LiCoO2锂离子电池充放电反应过程为例，充电化学发应式向右进行，放电化学反应式向左进行，其工作原理如式2-(1)、2-(2)、2-(3)所示[56]：正极反应式：iCoOoOLiLxexLiCx2122-(1)负极反应式：nxnCLixexLiC2-(2)
青岛大学硕士毕业论文9电池充放电总反应：nxxnLiCoOoOiCLCLiC2122-(3)2.2多孔电极理论锂离子电池的电化学反应发生在正负电极的多孔介质表面，此过程是电池内部电能与化学能的相互转换。如图2.2锂离子电极反应示意图所示，当电池充放电时，正负极中的锂离子通过电解液和隔膜到达电池的另一极，同时电子经过外电路到达电池的另一极，并与锂离子发生反应。锂离子电池电极反应主要包括四个过程，分别为传荷过程、电双层充电过程、扩散传质过程、电荷迁移过程，它们的反应机理如下所示：(1)传荷过程，这个过程发生在电解液和多孔介质的交互界面处，可以通过法拉第定律进行描述。(2)扩散传质过程，此过程主要是指锂离子电池在充放电过程中反应物质与生成物质在正负极活性物质内部及电解液中的扩散过程。(3)电双层充电过程，在电极和电解液交界处，由电解液和电极活性物质组成的类似于电容的结构。(4)电荷电迁移过程，该过程描述的是电极反应界面处生成的锂离子及电子的传输过程。离子在电解液中进行迁移，此过程被称为离子导电；电子传输在两侧集流体中进行，此过程被称为电子导电。图2.2锂离子电池电极反应结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]铅酸蓄电池发展综述[J]. 陈汉武,谢远锋. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2019(11)
[2]大气污染中化石燃料燃烧烟气脱硫脱硝方法研究[J]. 陈弓,钟秦. 化学工程师. 2019(09)
[3]航空锂离子电池剩余容量及RUL预测建模[J]. 丁劲涛,罗美君,呙晓兵,郑先成. 电池. 2019(04)
[4]基于改进HPPC锂离子电池内阻测试方法研究[J]. 韦海燕,钟腾云,潘海鸿,陈琳. 电源技术. 2019(08)
[5]锂离子电池过充安全性研究[J]. 孙延先,姜兆华. 电源技术. 2019(05)
[6]锂离子电池熵热系数间接计算方法[J]. 文华,黄伟,赖俊全. 南昌大学学报(工科版). 2019(01)
[7]镍氢电池在电动汽车上的发展[J]. 王雨潇,任慧平,皇甫益. 包钢科技. 2019(01)
[8]空冷条件下锂离子电池散热特性的研究[J]. 王红民,陈亚楼,胡锐鸿,上官文斌. 现代制造技术与装备. 2018(10)
[9]电动车电池组液冷散热性能影响因素分析[J]. 杜明徽,郑心玮,江振文,康飞宇,杜鸿达. 广东化工. 2018(16)
[10]电动汽车锂离子电池温度性能研究[J]. 谢金红,吴小兰. 轻工科技. 2018(08)
博士论文
[1]基于相变材料的电池热管理性能研究[D]. 吴伟雄.华南理工大学 2019
[2]电动汽车锂离子电池组散热结构优化研究[D]. 谢金红.华南理工大学 2018
[3]电动车辆动力电池充电特性与控制基础问题研究[D]. 姚雷.北京理工大学 2016
[4]基于固液相变传热介质的动力电池热管理研究[D]. 饶中浩.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]动力锂离子电池热失控反应分析与热阻断换热结构设计[D]. 王亚娣.吉林大学 2019
[2]局部高温面热源接触下锂离子电池热失控特性研究[D]. 赵磊.江苏大学 2019
[3]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
[4]面向超快速充电技术的三元锂离子电池电化学—热耦合建模与性能分析研究[D]. 何鑫.山东大学 2019
[5]锂离子动力电池单体热行为及模组热管理优化研究[D]. 邹时波.华中科技大学 2019
[6]相变材料在锂离子动力电池热管理中的应用研究[D]. 洪文华.浙江大学 2019
[7]基于COMSOL固体氧化物燃料电池（SOFC）的数值模拟仿真[D]. 帅浚超.华中科技大学 2017
[8]基于相变散热的动力电池热管理系统研究[D]. 严佳佳.中国科学技术大学 2017
[9]基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理研究[D]. 薛超坦.吉林大学 2017
[10]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
本文编号：3353217
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1串行风冷与并行风冷流道图
青岛大学硕士毕业论文8第二章锂离子电池理论研究2.1锂离子电池的工作原理锂电池因为其具有高比能量、高比功率、高的电压平台和无记忆效应等诸多的优势，目前已经广泛应用于电动汽车领域。锂离子电池作为可反复充放电的二次电池，其工作原理如图2.1所示[53-54]。其中电池的正负极具有储存锂离子的作用，隔膜具有分隔正极和负极的作用，防止电池内部发生短路，目前动力电池隔膜表面会进行涂胶涂陶瓷处理，以增强隔膜的性能。图2.1锂离子电池工作原理锂离子电池的正负极活性物质具有可逆地嵌入和脱出锂离子的功能，当锂离子电池充电时，锂离子就会从电池的正极移动到负极，同时，正极处失去的电子也会经过外电路移动到负极，从而产生了充电电流，当放电时锂离子和电子移动的方向与充电时相反[55]。以LiCoO2锂离子电池充放电反应过程为例，充电化学发应式向右进行，放电化学反应式向左进行，其工作原理如式2-(1)、2-(2)、2-(3)所示[56]：正极反应式：iCoOoOLiLxexLiCx2122-(1)负极反应式：nxnCLixexLiC2-(2)
青岛大学硕士毕业论文9电池充放电总反应：nxxnLiCoOoOiCLCLiC2122-(3)2.2多孔电极理论锂离子电池的电化学反应发生在正负电极的多孔介质表面，此过程是电池内部电能与化学能的相互转换。如图2.2锂离子电极反应示意图所示，当电池充放电时，正负极中的锂离子通过电解液和隔膜到达电池的另一极，同时电子经过外电路到达电池的另一极，并与锂离子发生反应。锂离子电池电极反应主要包括四个过程，分别为传荷过程、电双层充电过程、扩散传质过程、电荷迁移过程，它们的反应机理如下所示：(1)传荷过程，这个过程发生在电解液和多孔介质的交互界面处，可以通过法拉第定律进行描述。(2)扩散传质过程，此过程主要是指锂离子电池在充放电过程中反应物质与生成物质在正负极活性物质内部及电解液中的扩散过程。(3)电双层充电过程，在电极和电解液交界处，由电解液和电极活性物质组成的类似于电容的结构。(4)电荷电迁移过程，该过程描述的是电极反应界面处生成的锂离子及电子的传输过程。离子在电解液中进行迁移，此过程被称为离子导电；电子传输在两侧集流体中进行，此过程被称为电子导电。图2.2锂离子电池电极反应结构示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]铅酸蓄电池发展综述[J]. 陈汉武,谢远锋. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2019(11)
[2]大气污染中化石燃料燃烧烟气脱硫脱硝方法研究[J]. 陈弓,钟秦. 化学工程师. 2019(09)
[3]航空锂离子电池剩余容量及RUL预测建模[J]. 丁劲涛,罗美君,呙晓兵,郑先成. 电池. 2019(04)
[4]基于改进HPPC锂离子电池内阻测试方法研究[J]. 韦海燕,钟腾云,潘海鸿,陈琳. 电源技术. 2019(08)
[5]锂离子电池过充安全性研究[J]. 孙延先,姜兆华. 电源技术. 2019(05)
[6]锂离子电池熵热系数间接计算方法[J]. 文华,黄伟,赖俊全. 南昌大学学报(工科版). 2019(01)
[7]镍氢电池在电动汽车上的发展[J]. 王雨潇,任慧平,皇甫益. 包钢科技. 2019(01)
[8]空冷条件下锂离子电池散热特性的研究[J]. 王红民,陈亚楼,胡锐鸿,上官文斌. 现代制造技术与装备. 2018(10)
[9]电动车电池组液冷散热性能影响因素分析[J]. 杜明徽,郑心玮,江振文,康飞宇,杜鸿达. 广东化工. 2018(16)
[10]电动汽车锂离子电池温度性能研究[J]. 谢金红,吴小兰. 轻工科技. 2018(08)
博士论文
[1]基于相变材料的电池热管理性能研究[D]. 吴伟雄.华南理工大学 2019
[2]电动汽车锂离子电池组散热结构优化研究[D]. 谢金红.华南理工大学 2018
[3]电动车辆动力电池充电特性与控制基础问题研究[D]. 姚雷.北京理工大学 2016
[4]基于固液相变传热介质的动力电池热管理研究[D]. 饶中浩.华南理工大学 2013
硕士论文
[1]动力锂离子电池热失控反应分析与热阻断换热结构设计[D]. 王亚娣.吉林大学 2019
[2]局部高温面热源接触下锂离子电池热失控特性研究[D]. 赵磊.江苏大学 2019
[3]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
[4]面向超快速充电技术的三元锂离子电池电化学—热耦合建模与性能分析研究[D]. 何鑫.山东大学 2019
[5]锂离子动力电池单体热行为及模组热管理优化研究[D]. 邹时波.华中科技大学 2019
[6]相变材料在锂离子动力电池热管理中的应用研究[D]. 洪文华.浙江大学 2019
[7]基于COMSOL固体氧化物燃料电池（SOFC）的数值模拟仿真[D]. 帅浚超.华中科技大学 2017
[8]基于相变散热的动力电池热管理系统研究[D]. 严佳佳.中国科学技术大学 2017
[9]基于液冷的纯电动汽车锂电池热管理研究[D]. 薛超坦.吉林大学 2017
[10]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
本文编号：3353217
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