基于数据融合的动力电池相变冷却热管理研究
发布时间：2021-11-08 04:04
随着电动汽车的迅猛发展,电动汽车起火事故的频发引起了人们对电动汽车安全性的质疑,动力电池热管理系统的开发与研究也逐渐受到研究人员的重视。本课题选取18650锂离子电池作为研究对象,采用基于数据融合技术的模拟计算和实验验证相结合的技术路线,对车用动力锂离子电池的相变冷却热管理进行研究。首先分析锂离子电池工作原理和建立电池产热模型,对电池单体进行温升实验,获得电池单体放电过程中的温升规律。其次,基于数据融合理论,通过HPPC实验对电池参数进行辨识,利用扩展卡尔曼滤波算法建立18650电池单体内阻-SOC拟合模型以获得电池内阻-SOC关系式,并编写UDF电池热源程序,将程序导入CFD软件中进行模拟仿真,验证模拟计算的可行性,为复合相变材料电池热管理模拟奠定基础。最后,制备复合石墨石蜡相变材料,并对比分析添加不同比例和种类的纳米粒子对相变材料热物性的影响。结合实验和模拟计算研究复合相变材料对电池热管理的作用,比较复合相变材料热物性、电池布置结构对电池冷却的影响,提出动力电池的相变冷却热管理方案。研究结果表明,在石墨石蜡中添加一定量的纳米颗粒可以提高复合相变材料的导热性和相变潜热,有助于增强复合...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同风道结构
第二章锂离子电池原理及电池单体温升实验11负极化学反应方程式为：ieCLiCL放电充电-xxx（2-1）正极化学反应方程式为：-2-1放电充电2iMOiLLxeMOiLxx（2-2）总反应化学反应方程式为：2-1放电充电2ixCLiMOCMOLiLx（2-3）式子中，M代表金属离子。锂离子电池工作原理示意图如图2-1所示。图2-1锂离子电池的工作原理示意图结合公式（2-1）~（2-3）和图2-1的分析可知，当电池充电时，氧化物晶格的锂离子脱逸出来后，会经过电解液，嵌入负极碳素材料的层状结构中，此时，正极是贫锂状态，负极是富锂状态，为保证负极电荷平衡，需要同时从外部电路提供给负极电子补偿电荷。相反，放电时，锂离子从碳素材料中脱逸，经电解液回到正极并嵌入正极材料的晶格中，结构得以复原。所以，锂离子电池进行循环充放电过程就是锂离子的脱逸和嵌入，而正极材料是提供锂离子的来源。2.2锂离子电池的产热模型和热物性2.2.1锂离子电池的产热模型正如2.1节中所述，锂离子电池工作的过程就是离子迁移和化学反应的过程，这些
第二章锂离子电池原理及电池单体温升实验15图2-2锂离子电池试验系统（1）充放电测试仪：实现电池恒流恒功率放电、智能充电，在测试过程中，可以检测记录电池的电流和电压。充放电电流范围为0~12A，充放电电压范围为0~5V，精度为±0.05%FS，适用于单体电池测试。（2）恒温箱：模拟电池的环境温度，使电池处以一个恒温环境，设备型号为：HT-TH-P-150R，温度范围为-40~150℃。（3）温度传感器：探测锂离子电池某点温度，测量范围为-50~700℃，精度为±0.05%RD，响应时间为20ms。该试验系统的主要功能有：（1）实现锂离子电池单体不同倍率放电，考虑实验安全的情况下，本文主要研究1C、2C、3C倍率；（2）实现锂离子电池单体在不同环境温度里，结合大气温度和汽车电池的环境温度考虑，本文选取25℃和40℃为锂离子电池的环境温度。（3）测试锂离子电池单体在不同环境温度下不同放电倍率的温升特性；（4）测试锂离子电池单体在不同环境温度下不同放电倍率的HPPC特性。2.3.218650电池单体温升实验为获得锂离子电池的温度实验数据，选用同一锂离子电池单体上的5个位置作为温度测点（如图2-3所示）。为提高温度传感器检测的准确性，在18650电池单体和温度传感器接触面间涂覆导热硅胶（一种高导热绝缘有机硅材料）并用绝缘胶带固定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]R134a-Fe3O4纳米制冷剂汽车空调冷凝器传热数值模拟[J]. 庞秋杏,王惜慧,林裕旺,刘振洋. 科技创新与应用. 2019(27)
[2]我国常规与非常规石油资源潜力及未来重点勘探领域[J]. 郑民,李建忠,吴晓智,于京都,李欣,柳庄小雪,王建,易庆. 海相油气地质. 2019(02)
[3]动力电池重要测试方法:混合脉冲功率特性测试[J]. 谢乐琼,王莉,胡坚耀,何向明,田光宇. 电池工业. 2018(05)
[4]锂电池内阻参数的研究[J]. 杨冬进,娄建安. 计算机测量与控制. 2018(04)
[5]基于多传感器信息融合的车辆目标识别方法[J]. 孙宁,秦洪懋,张利,葛如海. 汽车工程. 2017(11)
[6]电池剩余电量SOC估计[J]. 李慧,肖伟,骆万博. 长春工业大学学报. 2017(01)
[7]锂离子电池等效电路模型及参数辨识方法研究[J]. 曹丽鹏,谢阳,李玲玲,李玲玲. 电气时代. 2017(02)
[8]纯电动汽车电池热管理风冷与液冷[J]. 陈果,闰仕伟,黄一峰,阮旭松,陈靖,刘正耀. 汽车与配件. 2014(06)
[9]基于无迹卡尔曼滤波传感器信息融合的车辆导航算法[J]. 梁丁文,袁磊,蔡之华,谷琼. 计算机应用. 2013(12)
[10]基于卡尔曼滤波的多温度传感器数据融合系统[J]. 卢胜利,刘美玲,田彦彦. 现代科学仪器. 2013(01)
博士论文
[1]基于膨胀石墨基复合相变材料的动力电池热管理系统性能研究[D]. 凌子夜.华南理工大学 2016
硕士论文
[1]动力电池热特性分析及冷却系统优化[D]. 贾春辉.吉林大学 2019
[2]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
[3]面向电力设备温度监测的无线传感器网络数据融合算法研究[D]. 朱尚聪.上海电机学院 2018
[4]多传感器信息融合算法研究及其应用[D]. 许琪.哈尔滨理工大学 2016
本文编号：3482966
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
不同风道结构
第二章锂离子电池原理及电池单体温升实验11负极化学反应方程式为：ieCLiCL放电充电-xxx（2-1）正极化学反应方程式为：-2-1放电充电2iMOiLLxeMOiLxx（2-2）总反应化学反应方程式为：2-1放电充电2ixCLiMOCMOLiLx（2-3）式子中，M代表金属离子。锂离子电池工作原理示意图如图2-1所示。图2-1锂离子电池的工作原理示意图结合公式（2-1）~（2-3）和图2-1的分析可知，当电池充电时，氧化物晶格的锂离子脱逸出来后，会经过电解液，嵌入负极碳素材料的层状结构中，此时，正极是贫锂状态，负极是富锂状态，为保证负极电荷平衡，需要同时从外部电路提供给负极电子补偿电荷。相反，放电时，锂离子从碳素材料中脱逸，经电解液回到正极并嵌入正极材料的晶格中，结构得以复原。所以，锂离子电池进行循环充放电过程就是锂离子的脱逸和嵌入，而正极材料是提供锂离子的来源。2.2锂离子电池的产热模型和热物性2.2.1锂离子电池的产热模型正如2.1节中所述，锂离子电池工作的过程就是离子迁移和化学反应的过程，这些
第二章锂离子电池原理及电池单体温升实验15图2-2锂离子电池试验系统（1）充放电测试仪：实现电池恒流恒功率放电、智能充电，在测试过程中，可以检测记录电池的电流和电压。充放电电流范围为0~12A，充放电电压范围为0~5V，精度为±0.05%FS，适用于单体电池测试。（2）恒温箱：模拟电池的环境温度，使电池处以一个恒温环境，设备型号为：HT-TH-P-150R，温度范围为-40~150℃。（3）温度传感器：探测锂离子电池某点温度，测量范围为-50~700℃，精度为±0.05%RD，响应时间为20ms。该试验系统的主要功能有：（1）实现锂离子电池单体不同倍率放电，考虑实验安全的情况下，本文主要研究1C、2C、3C倍率；（2）实现锂离子电池单体在不同环境温度里，结合大气温度和汽车电池的环境温度考虑，本文选取25℃和40℃为锂离子电池的环境温度。（3）测试锂离子电池单体在不同环境温度下不同放电倍率的温升特性；（4）测试锂离子电池单体在不同环境温度下不同放电倍率的HPPC特性。2.3.218650电池单体温升实验为获得锂离子电池的温度实验数据，选用同一锂离子电池单体上的5个位置作为温度测点（如图2-3所示）。为提高温度传感器检测的准确性，在18650电池单体和温度传感器接触面间涂覆导热硅胶（一种高导热绝缘有机硅材料）并用绝缘胶带固定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]R134a-Fe3O4纳米制冷剂汽车空调冷凝器传热数值模拟[J]. 庞秋杏,王惜慧,林裕旺,刘振洋. 科技创新与应用. 2019(27)
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[9]基于无迹卡尔曼滤波传感器信息融合的车辆导航算法[J]. 梁丁文,袁磊,蔡之华,谷琼. 计算机应用. 2013(12)
[10]基于卡尔曼滤波的多温度传感器数据融合系统[J]. 卢胜利,刘美玲,田彦彦. 现代科学仪器. 2013(01)
博士论文
[1]基于膨胀石墨基复合相变材料的动力电池热管理系统性能研究[D]. 凌子夜.华南理工大学 2016
硕士论文
[1]动力电池热特性分析及冷却系统优化[D]. 贾春辉.吉林大学 2019
[2]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
[3]面向电力设备温度监测的无线传感器网络数据融合算法研究[D]. 朱尚聪.上海电机学院 2018
[4]多传感器信息融合算法研究及其应用[D]. 许琪.哈尔滨理工大学 2016
本文编号：3482966
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