锂离子动力电池热分析及散热优化

发布时间：2017-08-17 19:03

  本文关键词：锂离子动力电池热分析及散热优化

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【摘要】：由于传统单向流风冷易引发电池组散热不均的问题,为了维持动力电池的热稳定性,本文设计了一种有效的液冷措施,来控制电池组的温度,保持电池组的温度均匀性,这将对延长电动汽车的使用寿命和提高电动汽车使用安全性具有重要意义。本文主要完成了以下内容:(1)简介锂离子电池的结构、工作原理,分析锂离子电池的生热机理和传热机理。(2)对单体锂离子电池进行热特性相关实验,建立电池的热效应模型。并用Fluent软件模拟了不同恒流放电时电池的热特性。得到仿真结果表明:数值模拟得到的温升特性和实验测得温升特性基本一致,验证了电池热效应模型和数值计算相关参数设置的合理性。(3)在电池热效应模型基础之上,对动力电池组系统结构简化,并采用计算流体动力学(CFD)方法对传统的单向流空气冷却方式进行了分析。在电池组内的单体电池分别以5A放电时,采用风速为4m/s的空调风对电池组进行冷却,电池组的表面温差仍有8.76℃。仿真结果说明:仅依靠提高空气流动速度或降低冷却空气温度对控制电池组的温差并不能达到非常理想的冷却效果。(4)由于空气冷却使电池组存在明显的温度不均的问题,设计了一种电池组的液冷管道装置来解决这种问题。同时对单向流液冷方式进行了改进并且对最初设计的液冷装置冷却结构不足之处进行了优化。通过对优化后模型的仿真,结果表明:在相同的放电条件下,电池间表面的温差只有2.12℃,结构优化后的液冷装置极大改善了电池组在冷却时温度不均的情况。
【关键词】：锂离子电池 风冷 液冷 温度场
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 本论文的研究背景及其研究意义9-11
• 1.2 电动汽车动力电池的发展11-12
• 1.3 电动汽车动力电池组热管理系统概述12-15
• 1.3.1 电动汽车动力电池组热管理系统功能12
• 1.3.2 电动汽车动力电池组冷却方法概述12-14
• 1.3.3 电动汽车电池组散热国内外研究现状14-15
• 1.4 本文主要研究内容15-17
• 第二章 锂离子动力电池的热特性及CFD基础17-21
• 2.1 锂离子动力电池的结构及反应原理17
• 2.1.1 锂离子动力电池的结构17
• 2.1.2 锂离子动力电池反应原理17
• 2.2 锂离子动力电池的生热机理17-18
• 2.3 锂离子动力电池的传热特性18-19
• 2.4 CFD基本概述19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 第三章 单体锂离子动力电池热特性实验及仿真分析21-41
• 3.1 锂离子动力电池热特性实验21-29
• 3.1.1 内阻特性实验21-27
• 3.1.2 温升特性实验27-29
• 3.2 电池热效应模型的建立及热物性参数确定29-31
• 3.2.1 锂离子动力电池热效应模型的建立29
• 3.2.2 锂离子动力电池热物性参数的确定29-31
• 3.3 单体锂离子动力电池生热仿真31-36
• 3.3.1 锂离子动力电池三维几何模型31
• 3.3.2 锂离子动力电池网格模型31-32
• 3.3.3 热源的定义及UDF的编写32-35
• 3.3.4 Fluent计算步骤35-36
• 3.4 仿真结果分析36-40
• 3.4.1 仿真结果的后处理及分析36-39
• 3.4.2 仿真结果与实验结果对比39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 电池组热模型的建立与空气冷却仿真分析41-56
• 4.1 电池组冷却系统的几何模型和网格模型41-43
• 4.1.1 电池组几何模型41-42
• 4.1.2 电池组的网格模型42-43
• 4.2 电池组冷却的仿真求解43
• 4.3 粘性模型的确定43-44
• 4.4 不同风冷冷却条件下锂离子电池组热分析与比较44-55
• 4.4.1 无冷却方式下电池组常温放电44-46
• 4.4.2 环境风强制对流冷却方式46-51
• 4.4.3 空调风强制对流冷却方式51-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 电池组液冷管道装置设计及仿真优化56-70
• 5.1 冷却管道模型的设计56-59
• 5.1.1 冷却管道结构几何模型56-58
• 5.1.2 冷却管道结构网格模型58-59
• 5.2 仿真求解过程59
• 5.3 仿真结果分析59-61
• 5.4 优化冷却结构模型61-68
• 5.4.1 优化的冷却管道结构几何模型61-63
• 5.4.2 优化的冷却管道结构网格模型63
• 5.4.3 优化模型的仿真分析63-65
• 5.4.4 改变冷却液流速对冷却效果的影响65-66
• 5.4.5 改变冷却液温度对冷却效果的影响66-68
• 5.5 本章小结68-70
• 结论与展望70-72
• 结论70-71
• 展望71-72
• 参考文献72-75
• 攻读学位期间取得的研究成果75-76
• 致谢76

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本文编号：690585