电动汽车用锂离子电池液冷散热仿真分析

发布时间：2022-08-13 11:38

　　电动汽车电池包内空间封闭,电芯排列密集,产生的热量很容易在内部聚集从而引发着火事故,因此必须对电池进行冷却设计,确保电池温度被控制在合理范围内。本文以某18650型三元锂离子电池为研究对象,在分析单体电池生热机理基础上,采用数值仿真的方法分析冷却液流量、冷板壁厚、冷却液温度和放电倍率对电池散热行为影响,为电池组液冷散热设计提供参考,同时为提高仿真效率,利用AMESim软件搭建电池液冷散热的一维模型进行仿真分析,为电池热管理的仿真研究提供一种新的思路。为研究电池生热特性,利用恒温箱、电池充放电仪器等设备搭建电池测试台架,采用HPPC方法测量了不同温度和不同SOC状态下单体电池内阻;利用直接测量法测量了电池熵热系数;测量了不同放电倍率下单体电池温升。结果显示:电池内阻随温度升高而减小,放电末期内阻随SOC减小快速增大;电池在放电过程中可逆反应不是总表现为放出热量,而是先放热,再吸热,再放热;电池小倍率放电时,产热以可逆反应热为主,大倍率放电时以不可逆内阻热为主。设计了电池组液冷散热系统,利用冷板对电池进行冷却,冷板与电池接触部位弯曲为50.75°以使导热面积最大化,仿真分析了不同冷却液质量... 

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究的背景及意义
    1.2 电池热管理研究现状
        1.2.1 空气冷却
        1.2.2 液体冷却
        1.2.3 相变材料(PCM)冷却
    1.3 本文主要研究内容
第2章 锂离子电池热特性及实验
    2.1 锂离子电池结构
    2.2 锂离子电池工作原理
    2.3 锂离子电池生热机理
    2.4 锂离子电池热物性参数计算
        2.4.1 电池生热速率计算
        2.4.2 导热系数计算
        2.4.3 比热容计算
        2.4.4 密度计算
    2.5 单体电池实验
        2.5.1 研究对象
        2.5.2 实验设备
        2.5.3 内阻测试
        2.5.4 熵热系数测试
        2.5.5 温升测试
    2.6 实验结果分析
        2.6.1 内阻测试结果及分析
        2.6.2 SOC对电池熵热系数影响
        2.6.3 放电倍率对电池温升的影响
    2.7 本章小结
第3章 基于STAR-CCM+的电池组液冷散热温度场仿真分析
    3.1 CFD仿真流程及控制方程
        3.1.1 CFD仿真流程
        3.1.2 CFD控制方程
    3.2 单体电池温度场建模仿真
        3.2.1 单体电池热模型
        3.2.2 单体电池生热率计算
        3.2.3 单体电池几何模型及网格划分
        3.2.4 边界条件及参数设置
        3.2.5 仿真结果分析
    3.3 仿真结果与实验结果对比分析
    3.4 电池组液冷散热仿真分析
        3.4.1 电池组液冷系统几何模型
        3.4.2 电池组液冷系统网格划分
        3.4.3 流动模型及物性参数设置
        3.4.4 边界条件及初始条件
        3.4.5 不同冷却液质量流量对电池组温度影响
        3.4.6 不同冷板壁厚对电池组温度影响
        3.4.7 不同冷却液温度对电池组温度影响
        3.4.8 不同放电倍率对电池组温度影响
    3.5 本章小结
第4章 基于AMESIM的一维电池组液冷散热仿真分析
    4.1 仿真软件介绍
        4.1.1 AMESim简介
        4.1.2 AMESim仿真流程
    4.2 单体电池热特性仿真分析
        4.2.1 单体电池自然散热建模与仿真
        4.2.2 结果对比
    4.3 电池组液冷散热一维仿真分析
        4.3.1 电池组液冷散热建模
        4.3.2 仿真结果分析
    4.4 一维仿真与三维仿真结果对比分析
    4.5 本章小结
第5章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读学位期间的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于CFD的某电动车电池包结构设计及热分析[J]. 杨润泽,程鑫.  湖北汽车工业学院学报. 2019(03)
[2]锂离子电池组间接接触液冷散热结构研究[J]. 胡兴军,惠政,郭鹏,杨昌海,王靖宇,薛超坦,肖阳,张靖龙.  湖南大学学报(自然科学版). 2019(02)
[3]新型液冷动力电池模组传热特性试验研究[J]. 冯能莲,陈龙科,邹广才.  汽车工程. 2018(04)
[4]电动汽车用锂电池温度场分析[J]. 李胜辉,孙峰,冷雪,刘莉,沈丽.  电源技术. 2017(11)
[5]电动汽车动力电池液体冷却系统构建及其工作过程仿真[J]. 张天时,宋东鉴,高青,王国华,闫振敏,宋薇.  吉林大学学报(工学版). 2018(02)
[6]基于相变材料的方形动力电池散热模拟研究[J]. 吴伟雄,张国庆,柯秀芳,司徒文甫,王子缘.  电源技术. 2017(03)
[7]基于相变材料的动力电池热管理数值模拟[J]. 赵佳腾,饶中浩,李意民.  工程热物理学报. 2016(06)
[8]基于动态内热源特性的车用锂离子动力电池温度场仿真及试验[J]. 刘霏霏,兰凤崇,陈吉清.  机械工程学报. 2016(08)
[9]相变材料在动力电池热管理中的应用研究进展[J]. 王彦红,张成亮,俞会根,盛军,宋佳,曹艳军.  功能材料. 2013(22)
[10]锂离子电池单体热模型研究动态[J]. 宋丽,魏学哲,戴海峰,孙泽昌.  汽车工程. 2013(03)

硕士论文
[1]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
[2]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
[3]电动汽车电池温度场之分析及应用[D]. 吴斌.哈尔滨工业大学 2011
[4]电动汽车锂离子电池包热特性研究与优化设计[D]. 车杜兰.武汉理工大学 2009



本文编号：3676962