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电动汽车锂动力电池组液气复合冷却结构设计与散热分析

发布时间:2021-12-10 20:29
  随着节能环保的思想深入人心,电动汽车将会成为未来的主流交通工具。锂离子动力电池作为纯电动汽车的主流动力源,具有环保、低自放电率、长循环寿命等优势。锂离子动力电池是整车的核心部件,在充放电过程中其由于自身的特性会产生大量的热量。这些热量若不能快速地散发出去,会导致锂电池组的温度急剧上升,严重影响电池组的性能以及循环寿命。严重时可能造成热失控问题,车辆出现燃烧的情况,危及车辆和人身安全。故而,对锂电池组进行热管理十分有必要。本文以磷酸铁锂单体(Li Fe PO4)为研究对象,建立实体三维模型和生热仿真模型,应用仿真软件模拟单体的温度分布。再根据此分析结果,设计磷酸铁锂动力电池模组的冷却结构和箱体结构。采用被动风冷和液冷两种方式,通过CFD软件对电池模组进行散热分析,验证仿真结果是否满足电池模组的设计目标。本文研究的主要内容有以下几个方面:(1)阐述长方形Li Fe PO4电池结构及充放电时电池内部Li+的移动规律,分析Li Fe PO4电池的生热来源和传热特点。且阐述计算流体的四个基本方程以及方程求解的一般步骤。(2)合理地简化Li Fe PO4电池单体结构,建立生热速率模型和三维模型。且... 

【文章来源】:重庆交通大学重庆市

【文章页数】:85 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

电动汽车锂动力电池组液气复合冷却结构设计与散热分析


雾霾天气时某地的交通情况

特斯拉,情形,电动汽车


艺、本身固有属性等相关技术的制约。近几年来,世界各国的政府机构、科研部门以及公司团队都聚焦在电池产业,旨在研发出能量比高、热稳定性好、循环寿命长以及能实现快充的电池。电动汽车电池组过热会给整车带来重大的安全隐患,甚至出现燃烧现象危及人身安全。自 2015 年以来,各大媒体纷纷报道各地发生的电动汽车自燃的事件,电动汽车的安全性和可靠性被受到广泛质疑。最被关注的是作为电动汽车行业标杆的特斯拉在 2016 年法国和荷兰发生的自燃事故,事故发生的原因是电池没有进行规范充电操作和受到异物的撞击[6]。2016 年 1 月,在安徽合肥市某小区内,一辆电动汽车突然燃烧,同时还引燃了两辆轿车和一辆摩托车。经调查发现,汽车的电池组部位先燃烧起来,进而引发整车自燃并引燃了周围的其他车辆[7]。2015年 7 月,厦门一辆电动的公交车突然着火,引燃周边 11 辆公交车,导致巨大的经济损失,之后调查,着火的最主要原因是其搭载的动力电池,动力电池的过热引起了这场事故[8]。可以看出导致上述事故的很大部分原因是电池组的温度过高引起的,那么控制动力电池组的温度就可以有效避免车辆自燃和减少火灾发生率,所以对电池组热管理系统的研究就显得尤为重要。

三维模型,单体,电池,网格


l、b、h——LiFePO4 电池单体的长度、宽度、高度(m); T / x 、 T / y 、 T / z ——单体沿 x、y、z 方向的温度梯度(K/m);3.2.3 LiFePO4单体的建模与仿真根据 LiFePO4电池单体的外形尺寸,利用 CATIA 三维建模软件建立单体电几何模型,如图 3.2 所示。利用 workbench 软件画出单体网格,其网格类型采用角形网格和混合网格两种,得到网格数量 35124 个,单体网格模型如图 3.3 所示把网格模型导入到 Fluent 软件中,并在软件中检查网格质量,查验网格精度是能够达到计算精度。然后定义电池单体各部分主要包括单体外壳、正极耳、负耳的材料属性,然后定义边界条件、赋予电池单体热源和设置求解器得到电池真模型。在对电池单体做热效应模拟时,仿真的边界条件和外部条件:电池单体与气定义为自然对流,并设定环境的初始温度为 25℃,自然对流换热系数一般取 5W(m2 K)[80]。设置求解方式为瞬态分析,并定义仿真时间和时间步长,即可对体电池模型求解,得到仿真结果。

【参考文献】:
期刊论文
[1]电极厚度对锂离子电池电化学性能的影响[J]. 虢放,薛明喆,张存满.  电源技术. 2017(08)
[2]三维锂离子单电池电化学-热耦合模型[J]. 张立军,李文博,程洪正.  电源技术. 2016(07)
[3]一种双锂电池组供电的混合动力汽车电池组设计[J]. 方莹,陈军峰,吴智正.  现代电子技术. 2015(22)
[4]新能源汽车的发展趋势[J]. 冯江峰,王军,李碧云.  汽车实用技术. 2015(08)
[5]锂离子电池成组安全技术研究进展[J]. 胡棋威,彭元亭,李文斌.  船电技术. 2015(05)
[6]基于Fluent的锂离子动力电池箱二维热模拟[J]. 段瑶娟,姜久春,刘正耀,陈大分,王占国.  电源技术. 2014(11)
[7]浅谈汽车动力电池现状与发展[J]. 范亮,卢惠民,孙泽高.  新材料产业. 2014(10)
[8]基于相变材料的锂离子电池组热管理研究进展[J]. 李军,李庆彪,黄际伟,朱建新.  电源技术. 2014(09)
[9]锂离子电池发展现状及其前景分析[J]. 闫金定.  航空学报. 2014(10)
[10]混合动力汽车镍氢动力电池包热管理研究[J]. 曾凡帅,魏学哲.  机电一体化. 2014(05)

硕士论文
[1]电动汽车锂离子电池热特性分析及散热优化[D]. 李甜甜.南昌大学 2016
[2]锂离子动力电池热分析及散热优化[D]. 郭立刚.长安大学 2016
[3]锂离子动力电池组液冷结构设计及散热性能分析[D]. 李存俊.合肥工业大学 2016
[4]电动汽车电池组散热的仿真研究与优化[D]. 张冲.哈尔滨工业大学 2014
[5]动力电池成组液流热管理系统设计分析[D]. 周萌.吉林大学 2014
[6]纯电动汽车用锂离子电池组液体冷却散热结构分析及优化[D]. 罗曼.重庆大学 2014
[7]锂电池化成过程中的热效应分析及散热结构设计[D]. 冯娜.东华大学 2014
[8]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
[9]考虑电动空调能耗的纯电动汽车动力传动系统参数匹配[D]. 武仲斌.重庆大学 2012
[10]纯电动汽车锂离子动力电池组热特性分析及仿真研究[D]. 辛乃龙.吉林大学 2012



本文编号:3533339

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