动力电池热管理系统跨尺度多场耦合模拟研究

发布时间：2022-08-08 17:32

　　动力电池作为电动汽车的动力源,是电动汽车的三大核心技术之一。对于目前主流的动力电池而言,温度对电池的性能和使用寿命有着重要影响。当动力电池用于电动汽车时,电池单体将会被封装成组做成电池包,然而易使电池的热量累积难以散出,需要对动力电池的工作温度进行控制。因此,设计有效的电池热管理系统对于电动汽车的发展有着至关重要的影响。本课题来源于江苏省重点项目（产业前瞻与关键技术）,针对项目合作企业提供的电动轻卡,进行电池单体跨尺度电化学-热耦合问题及热特性的研究、电池包的设计以及电池热管理方案的设计与多场耦合计算。本文完成的工作和结论如下:（1）关联了电极实际微观结构中微观参数与宏观参数,基于电荷守恒、质量守恒和能量守恒等方程建立了磷酸铁锂电池单体跨尺度的电化学-热耦合模型,并确定了边界条件。（2）针对项目中拟采用的软包磷酸铁锂电池,为了解其温度特性,本文搭建了电池单体热特性试验平台,开展了不同放电倍率和不同环境温度下的电池的恒流放电试验,得到以下结论:环境温度为25℃、放电倍率为1C时,放电末期电池的最高温度出现在电池中心处,为30.1℃;放电倍率越大,电池的温升越大,均温性越差,放电倍率为2C... 

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 电池单体热特性研究现状
        1.2.1 电池单体的生热特性试验研究
        1.2.2 锂离子动力电池传热模型化研究
    1.3 电池包热管理系统研究现状
        1.3.1 基于空气的热管理技术
        1.3.2 基于液体的热管理技术
        1.3.3 基于相变材料的热管理技术
        1.3.4 基于热管的热管理技术
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 锂离子电池单体跨尺度多场耦合模型
    2.1 锂离子电池的工作原理
    2.2 跨尺度研究
    2.3 电化学-热耦合模型
        2.3.1 电化学模型
        2.3.2 热模型
        2.3.3 边界条件
    2.4 本章小结
第三章 锂离子电池单体热特性试验研究
    3.1 软包磷酸铁锂电池结构
    3.2 磷酸铁锂电池热特性试验研究
        3.2.1 试验仪器
        3.2.2 不同放电倍率下电池热特性试验
        3.2.3 不同环境温度下电池热特性试验
    3.3 磷酸铁锂电池单体跨尺度多场耦合模拟研究
        3.3.1 热物性参数的计算
        3.3.2 模型设置
        3.3.3 模拟结果与分析
    3.4 本章小结
第四章 电池包的电学设计
    4.1 电池包产品参数匹配性分析
        4.1.1 确定电池的串联数
        4.1.2 确定电池的并联数
    4.2 电池包的成组方式
    4.3 电池包的尺寸
    4.4 本章小结
第五章 热管理系统的设计
    5.1 液冷散热系统的设计
    5.2 热管冷却散热系统的设计
        5.2.1 热管的特性
        5.2.2 热管设计
        5.2.3 冷板设计
        5.2.4 翅片设计
    5.3 本章小结
第六章 电池模块的多场耦合模拟研究
    6.1 多场耦合模型
    6.2 液冷散热系统多场耦合模拟研究
        6.2.1 几何模型
        6.2.2 网格模型
        6.2.3 模型设置
        6.2.4 多场耦合结果分析
        6.2.5 冷板结构改进后多场耦合模拟分析
    6.3 热管冷却散热系统多场耦合模拟研究
        6.3.1 几何模型
        6.3.2 网格模型
        6.3.3 模型设置
        6.3.4 多场耦合结果分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
攻读学位期间发表的学术论文
参考文献



本文编号：3671934