基于相变材料与热管耦合的动力电池热管理研究
发布时间：2023-02-12 13:38
在石化能源日益枯竭和空气污染日趋严重的情况下,以可充电动力锂电池为能源的纯电动汽车,成为新能源汽车发展的主要方向。电动汽车的动力锂电池热管理系统(BMS)是其关键技术,该热管理系统主要用于管理动力电池在充放电过程中由于热量的产生所引起的电池组内部温度变化及分布,这些参数都直接决定电池组的放电功率以及使用寿命,并最终影响整车的性能。当锂电池在高温条件下工作时间过长,会使其加速老化、寿命和能量的利用率等性能指标下降。本文根据某类型锂电池组的充放电过程,以数学建模、数值仿真和实验测试来研究相变材料及热管耦合的复合热管理系统工作特性。主要内容和结论如下:根据动力锂电池的工作原理分析了电池内部结构、反应原理和生热机理,分别从热力学角度与电化学角度分析电池产热量。采用简化的电池产热模型对带有虹吸热管的相变吸热电池热管理系统进行了数值仿真,根据数值仿真结果分析了虹吸热管对电池热管理系统性能的影响。在此基础上,建立了毛细芯热管的多孔结构毛细抽吸数学模型,采用多孔介质模型模拟了毛细芯内流体的流动、蒸发和冷凝过程。在给定电池组及其热管理系统结构状态下,对不同孔隙率、充液率的毛细芯热管的传热特性进行了数值模...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 电动汽车的发展
1.1.2 动力电池的发展
1.2 电池热管理的必要性
1.3 动力电池热管理研究进展
1.3.1 空气冷却
1.3.2 液体冷却
1.3.3 相变材料冷却
1.4 热管换热器简介
1.4.1 热管冷却工作原理
1.4.2 热管换热器的应用领域
1.5 本文的研究内容
2 锂离子动力电池的热生成特性
2.1 锂电池的结构及工作原理
2.1.1 锂电池的结构
2.1.2 锂电池的工作原理
2.2 锂电池的产热和传热机理
2.2.1 锂电池的产热机理
2.2.2 电池的传热分析
2.3 单体电池的产热测算
2.3.1 电池产热测算方法
2.3.2 电池产热计算
2.4 本章小结
3 锂电池热管理系统的建模及数值仿真
3.1 引言
3.2 CFD基本方程
3.2.1 连续性方程
3.2.2 动量方程
3.2.3 能量守恒方程
3.3 模型建立
3.3.1 物理模型
3.3.2 数学模型
3.4 条件假设
3.5 数值模拟求解设置
3.5.1 模型与网格划分
3.5.2 求解条件设置
3.6 蒸发冷凝模型验证
3.7 计算结果分析
3.7.1 1C倍率放电下的温升模拟
3.7.2 1.5C倍率放电下的温升模拟
3.7.3 2C倍率放电下的温升模拟
3.7.4 2C倍率放电下热管对散热性能的影响
3.7.5 热管结构对电池组传热特性的影响
3.8 本章小结
4 毛细芯结构热管复合传热系统的仿真及优化
4.1 引言
4.2 毛细流动CFD模拟的研究现状
4.3 毛细流动的原理
4.4 多孔介质的基本性质、结构参数及研究方法
4.4.1 多孔介质的基本性质
4.4.2 多孔介质的研究方法
4.5 带多孔介质的热管内两相流模拟
4.5.1 CFD计算中多孔介质模型的有效性
4.5.2 影响热管传热效果的因素
4.6 对电池热管理模块的数值仿真
4.6.1 电池热管理模块模型构建
4.6.2 求解参数设置
4.7 计算结果分析
4.7.1 1C倍率放电
4.7.2 2C倍率放电
4.7.3 3C倍率放电
4.7.4 相变过程对电池组温升的影响
4.8 本章小结
5 动力电池热管理系统工作特性的实验研究
5.1 基于相变材料与热管耦合的复合热管理系统集成
5.2 电池热管理系统实验系统
5.3 实验结果及分析
5.3.1 1C倍率放电
5.3.2 2C倍率放电
5.3.3 3C倍率放电
5.3.4 高倍率充放电循环时的电池组温度变化
5.4 实验与模拟结果的比较
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 研究结论
6.2 展望
致谢
参考文献
本文编号：3741208
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 电动汽车的发展
1.1.2 动力电池的发展
1.2 电池热管理的必要性
1.3 动力电池热管理研究进展
1.3.1 空气冷却
1.3.2 液体冷却
1.3.3 相变材料冷却
1.4 热管换热器简介
1.4.1 热管冷却工作原理
1.4.2 热管换热器的应用领域
1.5 本文的研究内容
2 锂离子动力电池的热生成特性
2.1 锂电池的结构及工作原理
2.1.1 锂电池的结构
2.1.2 锂电池的工作原理
2.2 锂电池的产热和传热机理
2.2.1 锂电池的产热机理
2.2.2 电池的传热分析
2.3 单体电池的产热测算
2.3.1 电池产热测算方法
2.3.2 电池产热计算
2.4 本章小结
3 锂电池热管理系统的建模及数值仿真
3.1 引言
3.2 CFD基本方程
3.2.1 连续性方程
3.2.2 动量方程
3.2.3 能量守恒方程
3.3 模型建立
3.3.1 物理模型
3.3.2 数学模型
3.4 条件假设
3.5 数值模拟求解设置
3.5.1 模型与网格划分
3.5.2 求解条件设置
3.6 蒸发冷凝模型验证
3.7 计算结果分析
3.7.1 1C倍率放电下的温升模拟
3.7.2 1.5C倍率放电下的温升模拟
3.7.3 2C倍率放电下的温升模拟
3.7.4 2C倍率放电下热管对散热性能的影响
3.7.5 热管结构对电池组传热特性的影响
3.8 本章小结
4 毛细芯结构热管复合传热系统的仿真及优化
4.1 引言
4.2 毛细流动CFD模拟的研究现状
4.3 毛细流动的原理
4.4 多孔介质的基本性质、结构参数及研究方法
4.4.1 多孔介质的基本性质
4.4.2 多孔介质的研究方法
4.5 带多孔介质的热管内两相流模拟
4.5.1 CFD计算中多孔介质模型的有效性
4.5.2 影响热管传热效果的因素
4.6 对电池热管理模块的数值仿真
4.6.1 电池热管理模块模型构建
4.6.2 求解参数设置
4.7 计算结果分析
4.7.1 1C倍率放电
4.7.2 2C倍率放电
4.7.3 3C倍率放电
4.7.4 相变过程对电池组温升的影响
4.8 本章小结
5 动力电池热管理系统工作特性的实验研究
5.1 基于相变材料与热管耦合的复合热管理系统集成
5.2 电池热管理系统实验系统
5.3 实验结果及分析
5.3.1 1C倍率放电
5.3.2 2C倍率放电
5.3.3 3C倍率放电
5.3.4 高倍率充放电循环时的电池组温度变化
5.4 实验与模拟结果的比较
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 研究结论
6.2 展望
致谢
参考文献
本文编号：3741208
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/qiche/3741208.html
