电动车锂电池热管理系统研究

发布时间：2017-05-03 08:13

  本文关键词：电动车锂电池热管理系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：电动汽车作为一种清洁、高效、低污染的新能源汽车，在国内外得到了飞速的发展。但是受到动力电池技术的限制，与传统的燃油汽车相比，在续驶里程、加速性能、爬坡性能以及安全性能等方面还存在一定的差距，因此，高功率、高容量以及高安全成为了当前动力电池研究的发展方向。 动力电池的技术性能突破受到许多外界条件的限制，尤其是温度条件的制约，良好的运行温度是动力电池安全、高效工作的前提，本文针对动力电池热管理系统分别从电池单体、电池模块、电池包三个方面展开研究，即电池单体内部结构的简化、电池模块液体冷却结构模型的设计、电池包整体结构模型的搭建。 在电池单体结构模型的简化以及热特性分析过程中，首先对实际的电池单体进行拆解实验和简化建模，针对每个部分的材料属性以及热源部分在不同放电倍率条件下的产热功率进行总结。利用实验数据验证了简化模型的正确性和实用性，结果表明电池单体处于充放电阶段时，仿真数据和实验数据之间的误差在10%以内。同时，使用CFD软件模拟了不同情况下电池单体的温度变化情况，结果表明电池单体内部最高温度点处于电池内部中心偏下的部位，表面温度远低于内部最高温度；并且随着放电倍率的增加，电池单体最高温度、表面换热系数都有不同程度的提升。当放电倍率大于1.93C时，电池单体内部最高温度可以达到40℃。而且5C放电情况下，环境温度为10℃时，电池单体内部最高温度可以超过40℃，环境温度为30℃时，电池单体内部最高温度可以超过60℃。本文还分析了辐射换热以及接触热阻对电池热特性的影响，研究表明低倍率放电情况下，辐射换热对电池热特性的影响不明显，但接触热阻对电池产热能力的影响不能忽视，仿真数据显示当电池5C放电时，与不考虑接触热阻的情况相比，电池内部最高温度可以上升39.03℃。 在电池模块液体冷却结构的设计中，，本文在原有空气冷却结构的基础上对液体冷却结构原始模型进行了构建，并且在恒功率放电的情况下比较了两种不同冷却方式的散热效果。研究结果表明采用液体冷却结构方式可以将原始模型的最高温度控制在40℃以下，模块内部最大温度差异在5℃以内，而空气冷却结构不能实现理想的冷却，模块内部最高温度以及最大温差都超过了电池理想工作温度范围。本文设计了四种冷却结构以优化冷却效果，对比分析了四种液体冷却结构模型的流动和换热特性，结果表明在等入口速度的情况下，并行结构的完全冷却系统进出口压降大约是原始结构的1/9，整体的最高温度控制在40℃左右，最大温差在3℃内；在并行冷却结构模型的基础上构建了实际应用模型，并根据电池包内部空间尺寸，对实际应用模型进行了结构改进和优化，最终得到性能最佳的结构模型。 在电池包整体结构模型的构建中，根据电动汽车后备箱的结构尺寸构建了电池包整体结构模型，阐述了模型中各个组成部分在结构设计上的优势。最后对电池包内部的双电池模块组以及四电池模块组的内部流动特性进行了初步分析。
【关键词】：热管理系统 电池单体 电池模块 电池包 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景及意义11-15
• 1.1.1 电动汽车的发展现状及趋势11-12
• 1.1.2 动力电池的发展现状及趋势12-14
• 1.1.3 动力电池热管理系统研究意义14-15
• 1.2 动力电池国内外研究现状15-20
• 1.2.1 电池单体产热模型研究现状15-17
• 1.2.2 电池单体热特性研究17-18
• 1.2.3 电池模块及电池包散热结构形式的研究现状18-20
• 1.3 本文研究内容20-21
• 第2章 锂离子电池温度场研究原理与实验研究21-33
• 2.1 锂离子电池结构特点及工作原理21-23
• 2.1.1 锂离子电池内部结构21-22
• 2.1.2 锂离子电池的工作原理22-23
• 2.2 锂离子电池热特性分析及热物理参数的计算23-28
• 2.2.1 锂离子电池热特性分析23-25
• 2.2.2 比热容的测量及计算方法25-26
• 2.2.3 导热系数的测量及计算方法26-28
• 2.3 实验研究28-30
• 2.3.1 实验仪器28-29
• 2.3.2 实验方案及控制策略29
• 2.3.3 实验结果分析29-30
• 2.4 本章小结30-33
• 第3章 电池单体发热特性研究33-53
• 3.1 电池单体特征参数及模型化33-36
• 3.1.1 电池型号及相关参数33-34
• 3.1.2 电池模型简化34-35
• 3.1.3 电池各部分产热量计算35-36
• 3.2 电池单体温度场仿真分析36-51
• 3.2.1 模型构建与网格划分36-38
• 3.2.2 模型理论分析38-39
• 3.2.3 模型验证39-41
• 3.2.4 放电倍率对电池单体发热特性的影响41-45
• 3.2.5 环境温度对电池单体热特性的影响45-47
• 3.2.6 辐射换热对电池单体热特性的影响47-48
• 3.2.7 接触热阻对电池单体热特性的影响48-51
• 3.3 本章小结51-53
• 第4章 电池组模块设计与散热特性分析53-75
• 4.1 原车配置结构模型构建以及模型选取53-62
• 4.1.1 原车配置结构模型构建53-56
• 4.1.2 原车配置结构模型的改进56-62
• 4.2 应用模型构建以及内部结构优化62-70
• 4.2.1 电池模块结构分析62-63
• 4.2.2 电池模块结构优化63-68
• 4.2.3 最优化模型构建68-70
• 4.3 电池包结构模型的构建以及内部流动特性分析70-74
• 4.3.1 电池包结构模型的构建70-72
• 4.3.2 电池包内部流动特性分析72-74
• 4.4 本章小结74-75
• 第5章 工作总结及展望75-79
• 5.1 工作总结75-76
• 5.2 展望76-77
• 5.3 创新点77-79
• 参考文献79-85
• 作者简介及科研成果85-86
• 致谢86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：342672