新能源汽车动力锂离子电池热管理仿真与分析
发布时间：2021-08-25 16:01
现如今,随着不可再生资源石油的不断减少以及空气质量的不断恶化,传统燃油车的弊端越来越明显,从而促进新能源汽车的快速发展。作为新能源汽车的动力来源之一,动力锂离子电池决定着新能源汽车的整体性能。在车辆正常使用过程中,动力锂离子电池会释放很多热量,促使温度上升,而锂离子电池对温度相当敏感,如果不加以控制,会影响电池的使用寿命和安全性。因此,有必要研究锂离子电池的热特性,开发设计合理有效的电池组热管理系统。本文针对某品牌方形软包磷酸铁锂电池,通过实验和仿真结合来分析单体锂离子电池在不同温度和放电电流下的温度变化情况,以及不同冷却方式下电池组温度场分布情况,具体研究内容和结论如下:（1）分析锂离子电池充放电过程中的生热机理,并进行了单体电池在不同放电倍率下的放电实验,实验表明:单体锂离子电池温度随放电时间不断增大,放电倍率越大,产生的热量越多,温度上升趋势越明显,且当放电倍率达到2C甚至更大时,锂离子电池表面温度接近呈线性趋势增长。（2）分析锂离子电池的导热机理,并建立合适的锂离子电池三维热模型。通过相关热物性参数和生热速率的获取,仿真分析单体锂离子电池在不同温度和放电电流条件下的温升和温度变...
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?２０１４－２０１８新能源汽车产销量??Ｆｉ１－２?２０１４－２０１８ｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓａｌｅｓ?ｏｆ?ｎｅｗ?ｅｎｅｒｖｅｈｉｃｌｅｓ??
液体直接接触或非直接接触??＿＿?ＭＭＩ??—Ｉ——?１—??—ｆＴｘ）—＊－?＾?来自空賊者??回流?Ｉ?空醒較ｎ??液体／液体＊热ｓ?空调换热器??图丨－５液体冷却结构示意图??Ｆｉｇ?１－５?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??（３）相变材料冷却??相变材料冷却是在电池之间添加相变材料，相变材料在经历相变时吸收热量，从??而实现冷却电池的效果。相变材料具有简单的冷却结构，较好的电池组温度均匀性，??其缺点是相变材料一般导热率低，在电池高倍率工作时，热量储存能力有限，热量不??能及时散出，散热效率会降低很多相变材料冷却结构如图１－６。??锂电池?相变材料?系统??图１－６相变材料冷却结构示意图??Ｆｉｇ?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｈａｓｅ?ｃｈａｎｇｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ??（４）热管冷却??热管通常由三部分组成，包括管壳、吸液芯和端盖。热管的两端分别是蒸发部分??和冷凝部分Ｍｌ。热管冷却的工作原理是当蒸发部分被加热时，在管道内的液体发生蒸??发现象吸收潜热，蒸汽会逐渐流向冷凝部分，形成液体以释放潜热，在毛细力的作用??下，液体在流回蒸发部分，循环往复运动，达到持续散热的目的。热管散热原理如图??１－７。??６??
厂容器液体流动?Ｉ??Ｉ吸热?放热??１?ｉ?，?＊?ｆ?ｔ?ｆ??４?＆?Ｉ?４??ｔｉｌ？??一?蒸发段一?隔热段?一冷凝段－??图１－７热管散热原理图??Ｆｉｇ?１－７?Ｈｅａｔ?ｐｉｐｅ?ｈｅａｔ?ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??１．３．２电池组热管理系统国内外研究现状??（１）国外研宄现状??Ｌｅｅ?ｊｏｈｎｓｅｅ与Ｃｈｏｉ！１５］等人建立了－?？种新型的电池三维热模型，为后续研宄电池??热特性奠定了基矗Ｋｉｍ和Ｐｅｒｓａｒａｎ｜ｌ６］等人研究表明，自然对流冷却只适用于能量密??度比较低的电池，而能量密度比较高的锂离子电池，要想具有良好的散热性能，保证??电池组内单体电池温度的均匀性，必须采用强对流冷却方式。Ｍａ?等人研究了基??ｆ方形ＩＵ池和圆柱形电池，不同强制风冷系统下电池组的散热效果。ＵｄｄＷ１等人耥??于ＳＴＡＲ－ＣＣＭ仿真校拟／轻度混合汽车真实工况下的风冷散热过程，冷却效果能够??满足电池的工作耍求。Ａｍｎ?ＫＪａｕｒａｌＭ等人基于某品牌汽车电池包，研究了其在不冋??迎风方式下电池包的散热性能，并报据研究数据，得出轴流风扇可以很好的提高电池??毡的整体散热性能，并设计出了敗热性能良好的屯池热管理系统。Ｐｅｓａｒａｒ＾ｉ等人在??相同的条件下，研‘允了视离子电池在不同介质（油和空气）下的温升情况，结果表明，??在川汕冷却吋锂离子电池的散热效災更好，比空气冷却下最高温度下降９°Ｃ。Ｗｕ?Ｍ．??ＳＰＩ等人基于液体冷却的方代，设计出不同尺寸的水冷板来冷却电池位，结果表明：??水冷板对电池组的冷却效果耍好十空Ｈ冷却，而且可以保证电池组内单体电池温度的??均匀性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源汽车产业与技术发展分析[J]. 任飞. 河北农机. 2019(03)
[2]乙二醇对18650动力锂电池组温度场影响研究[J]. 安治国,廖智伟,郭敬谊,段文卿. 电源技术. 2019(02)
[3]新型蜂巢式液冷动力电池模块传热特性研究[J]. 冯能莲,马瑞锦,陈龙科,董士康,王小凤,张星宇. 化工学报. 2019(05)
[4]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)
[5]相变材料和液冷耦合散热的锂电池热管理研究[J]. 姜贵文,李敬会,黄菊花,曹铭,刘明春. 电源技术. 2018(10)
[6]新能源汽车分类[J]. 徐辰,李伟绩. 国外电子测量技术. 2017(05)
[7]我国石油产业发展现状与趋势分析[J]. 陈德胜,张国梁. 节能与环保. 2016(10)
[8]新能源汽车的分类、发展历程及前景(二)[J]. 左晨旭,尹力卉. 汽车维修与保养. 2015(12)
[9]动力汽车用锂离子电池的安全防护[J]. 巫扬勋. 企业技术开发. 2015(08)
[10]混合动力汽车技术概论[J]. 汪苗,薛伶俐. 安徽电子信息职业技术学院学报. 2014(01)
硕士论文
[1]基于复合相变材料的锂离子电池热管理系统传热强化研究[D]. 王文健.中国矿业大学 2018
[2]电动汽车用锂离子电池组风冷—热管复合式散热性能研究[D]. 彭波.南京师范大学 2017
[3]纯电动汽车锂离子电池模块设计及热特性分析[D]. 胡春姣.湖南大学 2016
[4]车用锂离子电池冷却方案优化设计[D]. 彭影.浙江大学 2015
[5]纯电动汽车锂离子电池热效应及电池组散热结构优化[D]. 李涛.重庆大学 2013
[6]电动汽车锂动力电池组热管理系统研究与应用[D]. 王慧磊.黑龙江大学 2012
[7]电动汽车锂离子电池组无机超导热管散热性能研究[D]. 胡小峰.湖南大学 2012
[8]功率型LED的热学分析和研究[D]. 张晓峰.天津大学 2010
[9]RAV-4电动汽车电池组风冷系统的研究[D]. 朱晓彤.南京航空航天大学 2007
本文编号：3362425
【文章来源】：安徽农业大学安徽省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２?２０１４－２０１８新能源汽车产销量??Ｆｉ１－２?２０１４－２０１８ｒｏｄｕｃｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓａｌｅｓ?ｏｆ?ｎｅｗ?ｅｎｅｒｖｅｈｉｃｌｅｓ??
液体直接接触或非直接接触??＿＿?ＭＭＩ??—Ｉ——?１—??—ｆＴｘ）—＊－?＾?来自空賊者??回流?Ｉ?空醒較ｎ??液体／液体＊热ｓ?空调换热器??图丨－５液体冷却结构示意图??Ｆｉｇ?１－５?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｌｉｑｕｉｄ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??（３）相变材料冷却??相变材料冷却是在电池之间添加相变材料，相变材料在经历相变时吸收热量，从??而实现冷却电池的效果。相变材料具有简单的冷却结构，较好的电池组温度均匀性，??其缺点是相变材料一般导热率低，在电池高倍率工作时，热量储存能力有限，热量不??能及时散出，散热效率会降低很多相变材料冷却结构如图１－６。??锂电池?相变材料?系统??图１－６相变材料冷却结构示意图??Ｆｉｇ?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｈａｓｅ?ｃｈａｎｇｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ??（４）热管冷却??热管通常由三部分组成，包括管壳、吸液芯和端盖。热管的两端分别是蒸发部分??和冷凝部分Ｍｌ。热管冷却的工作原理是当蒸发部分被加热时，在管道内的液体发生蒸??发现象吸收潜热，蒸汽会逐渐流向冷凝部分，形成液体以释放潜热，在毛细力的作用??下，液体在流回蒸发部分，循环往复运动，达到持续散热的目的。热管散热原理如图??１－７。??６??
厂容器液体流动?Ｉ??Ｉ吸热?放热??１?ｉ?，?＊?ｆ?ｔ?ｆ??４?＆?Ｉ?４??ｔｉｌ？??一?蒸发段一?隔热段?一冷凝段－??图１－７热管散热原理图??Ｆｉｇ?１－７?Ｈｅａｔ?ｐｉｐｅ?ｈｅａｔ?ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??１．３．２电池组热管理系统国内外研究现状??（１）国外研宄现状??Ｌｅｅ?ｊｏｈｎｓｅｅ与Ｃｈｏｉ！１５］等人建立了－?？种新型的电池三维热模型，为后续研宄电池??热特性奠定了基矗Ｋｉｍ和Ｐｅｒｓａｒａｎ｜ｌ６］等人研究表明，自然对流冷却只适用于能量密??度比较低的电池，而能量密度比较高的锂离子电池，要想具有良好的散热性能，保证??电池组内单体电池温度的均匀性，必须采用强对流冷却方式。Ｍａ?等人研究了基??ｆ方形ＩＵ池和圆柱形电池，不同强制风冷系统下电池组的散热效果。ＵｄｄＷ１等人耥??于ＳＴＡＲ－ＣＣＭ仿真校拟／轻度混合汽车真实工况下的风冷散热过程，冷却效果能够??满足电池的工作耍求。Ａｍｎ?ＫＪａｕｒａｌＭ等人基于某品牌汽车电池包，研究了其在不冋??迎风方式下电池包的散热性能，并报据研究数据，得出轴流风扇可以很好的提高电池??毡的整体散热性能，并设计出了敗热性能良好的屯池热管理系统。Ｐｅｓａｒａｒ＾ｉ等人在??相同的条件下，研‘允了视离子电池在不同介质（油和空气）下的温升情况，结果表明，??在川汕冷却吋锂离子电池的散热效災更好，比空气冷却下最高温度下降９°Ｃ。Ｗｕ?Ｍ．??ＳＰＩ等人基于液体冷却的方代，设计出不同尺寸的水冷板来冷却电池位，结果表明：??水冷板对电池组的冷却效果耍好十空Ｈ冷却，而且可以保证电池组内单体电池温度的??均匀性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新能源汽车产业与技术发展分析[J]. 任飞. 河北农机. 2019(03)
[2]乙二醇对18650动力锂电池组温度场影响研究[J]. 安治国,廖智伟,郭敬谊,段文卿. 电源技术. 2019(02)
[3]新型蜂巢式液冷动力电池模块传热特性研究[J]. 冯能莲,马瑞锦,陈龙科,董士康,王小凤,张星宇. 化工学报. 2019(05)
[4]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)
[5]相变材料和液冷耦合散热的锂电池热管理研究[J]. 姜贵文,李敬会,黄菊花,曹铭,刘明春. 电源技术. 2018(10)
[6]新能源汽车分类[J]. 徐辰,李伟绩. 国外电子测量技术. 2017(05)
[7]我国石油产业发展现状与趋势分析[J]. 陈德胜,张国梁. 节能与环保. 2016(10)
[8]新能源汽车的分类、发展历程及前景(二)[J]. 左晨旭,尹力卉. 汽车维修与保养. 2015(12)
[9]动力汽车用锂离子电池的安全防护[J]. 巫扬勋. 企业技术开发. 2015(08)
[10]混合动力汽车技术概论[J]. 汪苗,薛伶俐. 安徽电子信息职业技术学院学报. 2014(01)
硕士论文
[1]基于复合相变材料的锂离子电池热管理系统传热强化研究[D]. 王文健.中国矿业大学 2018
[2]电动汽车用锂离子电池组风冷—热管复合式散热性能研究[D]. 彭波.南京师范大学 2017
[3]纯电动汽车锂离子电池模块设计及热特性分析[D]. 胡春姣.湖南大学 2016
[4]车用锂离子电池冷却方案优化设计[D]. 彭影.浙江大学 2015
[5]纯电动汽车锂离子电池热效应及电池组散热结构优化[D]. 李涛.重庆大学 2013
[6]电动汽车锂动力电池组热管理系统研究与应用[D]. 王慧磊.黑龙江大学 2012
[7]电动汽车锂离子电池组无机超导热管散热性能研究[D]. 胡小峰.湖南大学 2012
[8]功率型LED的热学分析和研究[D]. 张晓峰.天津大学 2010
[9]RAV-4电动汽车电池组风冷系统的研究[D]. 朱晓彤.南京航空航天大学 2007
本文编号：3362425
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