18650锂离子电池产热模型及运用研究

发布时间：2022-07-03 15:45

　　近几年,电动汽车产业正处于快速发展时期。电池作为电动汽车的动力部件,其性能是制约电动车发展的关键因素。由于三元锂电池优秀的能量密度,近年来所占的市场比重逐年提升,完全占据了主流地位。同时锂离子电池热滥用导致的安全问题也逐步得到人们的重视。因此,三元锂离子电池的单体热特性和电池组散热特性研究对热管理系统设计至关重要。本文使用NCR 18650B三元锂离子电池作为研究对象,主要工作如下:（1）拆解NCR 18650B三元锂离子电池以了解电池内部结构,将电池内部产热分为欧姆热和反应热,且分别分析了欧姆热和反应热的影响因素,确定电池各传热物性参数的计算方法。（2）搭建电池充放电试验台,其中电池工作环境温度使用恒温箱控制,将K型热电偶布置在电池表面用于获取电池表面温度,分别进行了电池內阻测试实验,电池电动势温度影响系数实验、电池放电温升实验和电池充放电性能实验。整理实验数据,分析了欧姆內阻和极化內阻随温度和电池荷电状态SOC的变化规律、电动势温度影响系数随SOC的变化规律、不同环境温度下不同放电倍率电池表面温升规律以及不同环境温度下充放电容量的变化规律。（3）电池内部各材料结构参数和材料属性通过... 

【文章页数】：101 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 课题背景及意义
        1.1.1 电动汽车发展现状与趋势
        1.1.2 动力电池发展现状与趋势
        1.1.3 动力电池热管理系统研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 电池单体产热模型研究现状
        1.2.2 电池单体热特性研究
        1.2.3 电池模块散热研究现状
    1.3 主要研究内容和目的
2 电池产热模型理论研究
    2.1 概述
    2.2 锂离子电池结构和工作原理
        2.2.1 锂离子电池内部结构
        2.2.2 锂离子电池工作原理
    2.3 锂离子电池产热模型及热物理参数计算
        2.3.1 电池产热模型
        2.3.2 比热容的测量及计算方法
        2.3.3 导热系数的测量及计算方法
    2.4 本章小结
3 电池单体热特性实验研究
    3.1 概述
    3.2 单体电池热特性实验设计
        3.2.1 实验设备介绍
        3.2.2 內阻实验
        3.2.3 电动势温度影响系数实验
        3.2.4 电池单体温升实验
    3.3 实验结果分析
        3.3.1 温度和SOC对內阻的影响
        3.3.2 SOC对电池电动势温度影响系数的影响
        3.3.3 电池单体温升实验研究
        3.3.4 环境温度对充放电性能的影响
    3.4 本章小结
4 单体电池热状态仿真研究
    4.1 概述
    4.2 单体电池仿真模型的建立
        4.2.1 网格模型
        4.2.2 电池热物性参数获取
        4.2.3 电池产热近似模型的建立
        4.2.4 初始条件及边界条件确定
        4.2.5 网格无关性研究
    4.3 单体电池温度场瞬态仿真
    4.4 仿真结果与实验结果对比分析
    4.5 本章小结
5 电池组散热特性研究
    5.1 概述
    5.2 数学模型的建立
    5.3 电池组仿真模型建立
        5.3.1 湍流模型设置
        5.3.2 物性参数设定
        5.3.3 求解器的选择
        5.3.4 边界条件设置
        5.3.5 网格模型的划分
    5.4 串联电池组热特性研究
        5.4.1 串联电池组结构
        5.4.2 电池间距对流动特性的影响
        5.4.3 电池间距对换热特性的影响
        5.4.4 电池与壁面距离对流动特性的影响
        5.4.5 电池间距对换热特性的影响
    5.5 并联电池组不同排列组合热特性研究
        5.5.1 并联电池组结构
        5.5.2 仿真结果分析
        5.5.3 并联电池组优化结构
        5.5.4 优化仿真结果分析
    5.6 本章小结
6 结论及展望
    6.1 研究总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
附录
    A.作者在攻读学位期间发表的论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]车用三元锂离子动力电池内阻特性分析[J]. 卢艳华.  电源技术. 2017(05)
[2]18650圆柱形电芯的产热行为研究[J]. 王子缘,张国庆,高冠勇,吕又付.  广东工业大学学报. 2017(01)
[3]锂离子电池三元正极材料镍钴铝酸锂的研究进展[J]. 李军,刘建军,李少芳,李雪峰.  化工新型材料. 2016(06)
[4]锂离子电池热效应模型的研究进展[J]. 韩剑,高虹.  节能. 2015(10)
[5]锂离子动力电池的温升特性分析[J]. 李新静,张佳瑢,魏引利,刘炎金,丁绍玉.  材料科学与工程学报. 2014(06)
[6]总投资25亿元锂电池项目落户灵宝[J].   中国有色金属. 2014(13)
[7]电动汽车电池包散热加热设计[J]. 车杜兰,周荣,乔维高.  北京汽车. 2010(01)
[8]混合动力汽车动力电池热管理系统流场特性研究[J]. 陈磊涛,许思传,常国峰.  汽车工程. 2009(03)

博士论文
[1]基于固液相变传热介质的动力电池热管理研究[D]. 饶中浩.华南理工大学 2013

硕士论文
[1]纯电动乘用车动力电池液冷热管理结构设计[D]. 王元哲.合肥工业大学 2017
[2]风冷式动力电池热管理系统技术数值研究[D]. 张新强.华南理工大学 2016
[3]高密度锂电池组内部热环境模拟研究[D]. 魏士飞.中原工学院 2016
[4]锂离子动力电池热特性建模与加热方法研究[D]. 吴朴恩.北京理工大学 2016
[5]电动汽车圆柱型锂离子电池热模型研究[D]. 史男.北京理工大学 2015
[6]车用锂离子电池冷却方案优化设计[D]. 彭影.浙江大学 2015
[7]电动车锂电池热管理系统研究[D]. 赵卫兵.吉林大学 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]纯电动汽车电池箱热特性研究及热管理系统开发[D]. 沈帅.吉林大学 2013
[10]基于相变材料的锂离子电池热管理系统研究[D]. 曹建华.清华大学 2013



本文编号：3655163