基于电池动态特性的锂电池组冷却系统散热性能研究

发布时间：2017-08-23 10:25

  本文关键词：基于电池动态特性的锂电池组冷却系统散热性能研究

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【摘要】：随着环境问题的日益凸显以及低碳社会的发展需要,电动汽车在国家的大力扶持之下,近两年实现了跨越式发展。电动汽车的飞速发展离不开关键技术的不断更新、进步,汽车动力电池作为电动汽车特别是纯电动汽车的核心动力源,是电动汽车的研究重点。电池热管理系统直接影响到动力电池的安全性、一致性以及耐久性,是电池研究的重要内容,因此,对动力电池热管理系统进行研究,具有十分重要的现实意义。当电动汽车持续长时间运行时,电池将产生大量的热,如果不能及时将电池包内积累的热量排出,将影响电池的使用寿命,严重时甚至会导致热失控,威胁人身安全。本文主要采用CFD (Computational Fluid Dynamics)分析技术,对电池组的温度场进行数值模拟分析,评价电池包的散热性能。本文首先根据电池的组成材料以及结构特点,计算出电池的导热系数,再利用Bernard生热率方程,通过实验拟合出电池生热曲线,然后对电池单体进行仿真分析,并做了30℃下的温升实验,对比仿真值和实验值,验证仿真模型的可行性以及数值模拟的准确性。其次,利用ADVISOR软件搭建纯电动汽车仿真模型,分别分析在NEDC和HWFE T循环测试工况下动力电池的动态特性,研究在不同工况下,电池输出电流的工作范围,为后文电池包散热分析奠定基础。再次,搭建电池包仿真模型,并对电池组进行数值模拟仿真分析,得到0.75C和1C放电倍率下电池包内的流线图、速度场分布图以及电池组温度场云图,并讨论不同的送风速度和送风温度对电池包散热性能的影响。最后,针对电池包内出现的局部高温问题,进行了两种方案的结构改进,均增加了电池包阶梯拐角处的气体流速及流量,降低了电池组的温差,提高了其温度一致性,改善了电池的散热性能。
【关键词】：动力电池 生热模型 动态特性 计算流体动力学 散热性能
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-18
• 第一章 绪论18-25
• 1.1 动力电池热管理系统产业现状及研究意义18-20
• 1.1.1 动力电池热管理产业现状18-19
• 1.1.2 动力电池热管理系统研究意义19-20
• 1.2 国内外动力电池热管理系统研究现状20-22
• 1.2.1 国外电池热管理系统研究现状20-21
• 1.2.2 国内电池热管理系统研究现状21-22
• 1.3 本文研究方法与研究内容22-24
• 1.3.1 本文研究方法22-23
• 1.3.2 本文研究内容23-24
• 1.4 本章小结24-25
• 第二章 锂电池的热特性及数值分析理论25-41
• 2.1 动力电池简介25-26
• 2.2 锂电池的基本结构与反应原理26-29
• 2.2.1 锂电池的结构26-28
• 2.2.2 锂电池的反应原理28-29
• 2.3 锂电池的生热特性29-32
• 2.3.1 锂电池的发热机理29
• 2.3.2 锂电池的生热量计算29-32
• 2.4 锂电池的传热特性32-35
• 2.4.1 电池导热特性32-33
• 2.4.2 锂电池导热系数的计算33-34
• 2.4.3 电池对流换热特性34-35
• 2.4.4 电池对流换热系数的确定35
• 2.5 CFD分析理论及研究方法35-40
• 2.5.1 CFD技术35
• 2.5.2 CFD的基本控制方程35-37
• 2.5.3 CFD求解流程37-38
• 2.5.4 CFD研究方法38-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 电池单体仿真与实验验证41-46
• 3.1 电池单体几何模型和网格模型41
• 3.2 电池单体仿真边界条件41-42
• 3.3 电池单体仿真分析42-43
• 3.4 电池单体温升特性实验43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 动力电池动态性能仿真分析46-54
• 4.1 电动汽车动态模拟工况46-49
• 4.2 整车模型的建立49-50
• 4.3 模型主要参数的设定50
• 4.4 纯电动汽车动态仿真分析50-53
• 4.4.1 动力电池NEDC工况下仿真分析50-52
• 4.4.2 动力电池HWFET工况下仿真分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 电池包冷却系统仿真分析54-80
• 5.1 动力电池包仿真模型的建立54-57
• 5.1.1 电池包几何模型的建立54-55
• 5.1.2 网格划分55-56
• 5.1.3 边界条件设定56-57
• 5.2 城市工况下的电池组热流场仿真分析57-63
• 5.2.1 电池包内气流组织状况57-59
• 5.2.2 电池包内速度场分析59-61
• 5.2.3 电池组温度场分析61-63
• 5.2.4 城市工况下电池包散热效果评价63
• 5.3 市郊工况下的电池组热流场仿真分析63-68
• 5.3.1 电池包内速度场分析63-65
• 5.3.2 电池组温度场分析65-68
• 5.3.3 市郊高速工况下电池包散热效果评价68
• 5.4 送风速度对电池散热的影响68-73
• 5.4.1 0.75C放电倍率下送风速度对电池温度场影响68-70
• 5.4.2 1C放电倍率下送风速度对电池温度场影响70-72
• 5.4.3 送风速度对电池散热的影响72-73
• 5.5 送风温度对电池散热的影响73-78
• 5.5.1 0.75C放电倍率下送风温度对电池组温度场影响73-76
• 5.5.2 1C放电倍率下进口温度对电池组温度场影响76-78
• 5.5.3 送风温度对电池散热的影响78
• 5.6 本章小结78-80
• 第六章 电池包冷却系统结构优化80-86
• 6.1 电池包热管理系统结构优化方案80
• 6.2 方案A优化后的数值模拟结果80-83
• 6.2.1 方案A结构的速度场状况80-82
• 6.2.2 方案A结构的温度场分布状况82-83
• 6.3 方案B优化后的数值模拟结果83-85
• 6.3.1 方案B结构的气流组织状况83-84
• 6.3.2 方案B结构的温度场分布状况84-85
• 6.4 本章小结85-86
• 第七章 总结与展望86-89
• 7.1 全文总结86-87
• 7.2 工作展望87-89
• 参考文献89-92
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况92

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本文编号：724497