赛车动力电池热管理系统的研究与设计

发布时间：2022-02-26 01:38

　　随着世界范围内能源短缺和大气污染等问题的日益严重,新能源汽车近年来的发展非常迅猛。为推进新能源汽车产业发展,增加新能源汽车人才储备,中国汽车工程学会从2013年开始举办第一届中国大学生电动方程式汽车大赛。由于比赛竞争激烈,比赛工况较为恶劣,动力电池易出现散热不良的情况,若热量堆积严重甚至还会引发火灾,因此需要应用电池热管理系统,对动力电池组及时有效的散热,从而提高赛车的安全性。本文以厦门理工学院纯电动方程式赛车的动力电池系统作为研究对象,基于赛车的实际比赛工况,对纯电动方程式赛车的热管理系统展开设计,保证电池始终工作在安全合理的温度范围内,进而提高赛车动力电池的性能表现以及整车的安全性。本文的主要创新点和研究工作如下:首先从锂离子电池的结构,以及锂电池充放电过程的工作原理入手,从生热机理与传热特性两方面展开分析,对锂离子电池的热物性参数进行计算,并建立锂电池直角坐标系下非稳态导热微分方程,为后文研究做铺垫。采用试验测试与理论计算相结合的方法,获取锂离子电池单体的等效内阻参数,锂电池在一般工作荷电状态（20%-80%）下的平均等效内阻为3mΩ。根据锂电池生热机理,在仿真软件中建立锂离子电... 

【文章来源】：厦门理工学院福建省

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题来源及研究意义
    1.2 动力电池热管理系统国内外研究现状
        1.2.1 主动冷却
        1.2.2 被动冷却
    1.3 研究内容
第二章 锂离子电池热特性分析
    2.1 锂离子电池结构及工作原理
        2.1.1 锂离子电池结构
        2.1.2 锂离子电池工作原理
    2.2 锂离子电池的生热机理
    2.3 锂离子电池的传热特性
    2.4 锂离子电池热效应模型建立
        2.4.1 锂离子电池参数及热物性参数
        2.4.2 锂离子电池的生热速率模型
    2.5 本章小结
第三章 锂离子电池单体热效应分析与实验
    3.1 锂离子电池内阻特性实验
    3.2 电池单体仿真模型的建立
        3.2.1 有限元仿真基本理论
        3.2.2 材料属性定义及网格划分
        3.2.3 热源载荷的施加与约束
    3.3 电池单体温度场仿真分析
        3.3.1 电池恒流放电工况
        3.3.2 电池3.5C循环放电工况
    3.4 电池单体热模型实验验证
        3.4.1 实验简介
        3.4.2 实验结果分析
    3.5 本章小结
第四章 电池热管理系统的设计
    4.1 赛车动力系统参数匹配计算
        4.1.1 整车参数及性能指标
        4.1.2 电机参数计算
        4.1.3 电池组参数计算
    4.2 热管理系统参数计算
    4.3 电池热管理系统设计
        4.3.1 散热系统设计
        4.3.2 电池模组布置方案确定
        4.3.3 电池箱结构设计
    4.4 本章小结
第五章 电池热管理系统的分析与试验
    5.1 电池箱温度场仿真
        5.1.1 Icepak热模型建立
        5.1.2 网格划分
        5.1.3 求解设置
    5.2 不同变量下电池箱温度场仿真
        5.2.1 风道方向对冷却效果的影响
        5.2.2 放电倍率对冷却效果的影响
        5.2.3 环境温度对冷却效果的影响
        5.2.4 BMS放置位置对冷却效果的影响
    5.3 改进设计
        5.3.1 电池模组间隙
        5.3.2 空气进出口位置
        5.3.3 改进结果对比
    5.4 试验验证
        5.4.1 试验准备
        5.4.2 高速避障测试
        5.4.3 耐久性能测试
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
在学期间主要研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于热管技术的动力电池热管理系统研究现状及展望[J]. 丹聃,姚程宁,张扬军,钱煜平,诸葛伟林.  科学通报. 2019(07)
[2]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)
[3]锂离子电池热模型研究现状及展望[J]. 常国峰,季运康,魏慧利.  电源技术. 2018(08)
[4]Experimental Investigation on Cooling/Heating Characteristics of Ultra-Thin Micro Heat Pipe for Electric Vehicle Battery Thermal Management[J]. Fei-Fei Liu,Feng-Chong Lan,Ji-Qing Chen,Yi-Gang Li.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2018(03)
[5]相变材料在动力电池热管理中的应用研究[J]. 尤若波.  储能科学与技术. 2017(05)
[6]先进镍氢电池及其关键电极材料[J]. 陈云贵,周万海,朱丁.  金属功能材料. 2017(01)
[7]纯电动汽车锂离子电池成组热效应分析[J]. 严刚,李顶根,秦李伟,邓原冰,窦汝振.  汽车工程学报. 2016(05)
[8]Thermal behavior analysis of a pouch type Li[Ni0.7Co0.15Mn0.15]O2-based lithium-ion battery[J]. Feng-Ling Yun,Ling Tang,Wen-Cheng Li,Wei-Ren Jin,Jing Pang,Shi-Gang Lu.  Rare Metals. 2016(04)
[9]电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现[J]. 李军求,吴朴恩,张承宁.  汽车工程. 2016(01)
[10]电动汽车与锂离子电池[J]. 黄学杰.  物理. 2015(01)

硕士论文
[1]FSEC电动赛车动力电池热管理系统研究[D]. 黎英.哈尔滨工业大学 2016
[2]纯电动汽车动力参数匹配研究[D]. 安治文.华南理工大学 2016
[3]基于热管技术的汽车动力电池组热控系统研究[D]. 陈维.华南理工大学 2014
[4]基于相变散热的动力电池热管理技术研究[D]. 张江云.广东工业大学 2013



本文编号：3644067