發(fā)布時(shí)間：2020-04-01 10:40

【摘要】：溫度對(duì)電池的性能和壽命都有很大影響,就目前技術(shù)而言還無(wú)法使電池在較寬的溫度范圍內(nèi)都保持高性能,因此利用電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)將電池溫度控制在最佳工作溫度范圍內(nèi)就顯得十分必要,基于此本文提出一種液體直接接觸電池的熱管理系統(tǒng)方案,采用理論分析、數(shù)值計(jì)算及試驗(yàn)驗(yàn)證的方法對(duì)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì),主要工作如下:(1)對(duì)目標(biāo)電池進(jìn)行充放電試驗(yàn),綜合電池的容量維度、內(nèi)阻維度、放電電壓維度以及壽命維度得到電池的最佳工作溫度范圍為15℃~40℃。分析電池實(shí)際使用溫度范圍與電池最佳工作溫度范圍的差異得出電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的必要性并基于此確定了熱管理系統(tǒng)目標(biāo)性能,同時(shí)對(duì)熱管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理進(jìn)行了詳細(xì)闡釋。(2)基于計(jì)算流體力學(xué)和傳熱學(xué)基礎(chǔ)建立了單體電池?zé)崮Ｐ?并對(duì)電池進(jìn)行了恒倍率放電下的溫度場(chǎng)模擬,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果趨勢(shì)一致,兩者最大誤差在7%以?xún)?nèi),證明建立的電池?zé)崮Ｐ褪强煽康�。同時(shí)為了更好地模擬電動(dòng)汽車(chē)實(shí)際使用過(guò)程中電池的生熱情況,建立了基于NEDC和UDDS工況下的電池生熱模型,得到了電池在各工況下的瞬時(shí)生熱功率,為后文電池組的仿真分析奠定了基礎(chǔ)。(3)提出了頂部平行式“U”型流道、底部平行式“U”型流道和高低交錯(cuò)式“U”型流道三種不同形式的流道結(jié)構(gòu)并建立了相應(yīng)結(jié)構(gòu)的流固耦合模型,仿真結(jié)果表明高低交錯(cuò)式“U”型流道結(jié)構(gòu)比平行式“U”型流道結(jié)構(gòu)具有更好的散熱、加熱綜合效果,因此選擇高低交錯(cuò)式“U”型結(jié)構(gòu)為本文流道的結(jié)構(gòu)形式,在此基礎(chǔ)上對(duì)電池組的散熱、加熱和保溫效果進(jìn)行了仿真分析,確定了系統(tǒng)散熱和加熱最佳流速為1.0m/s,加熱功率為500W,保溫材料為二氧化硅氣凝膠,保溫層厚度為10mm。(4)在仿真分析的基礎(chǔ)上完成了熱管理系統(tǒng)關(guān)鍵零部件選型計(jì)算,設(shè)計(jì)了熱管理系統(tǒng)箱體結(jié)構(gòu),加工了熱管理系統(tǒng)功能樣機(jī),制定了熱管理系統(tǒng)控制策略,搭建了熱管理控制系統(tǒng)程序模型,最后對(duì)基于液體直接接觸式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,結(jié)果表明該熱管理系統(tǒng)具有良好的散熱、加熱和保溫性能,試驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果基本一致。
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文三維電化學(xué)-熱耦合模型，并對(duì)電池進(jìn)行了 0.5C 放外殼對(duì)熱分布有重要影響，電極的電導(dǎo)率和電解液 年王峰[29]等人基于國(guó)內(nèi)外的研究成果，概述了幾種池在不同溫度下的產(chǎn)熱量和溫度場(chǎng)分布。研究電池中不可逆的反應(yīng)增加，同時(shí)容量和充放電效率高溫環(huán)境和大倍率充放電情況下仍然能維持最佳工溫度過(guò)高的情況，提出了風(fēng)冷、液冷、相變材料冷

加之對(duì)于安全性的極高要求，液冷技術(shù)大多用于中高端車(chē)型，圖1-3 為特斯拉 Model S 非直接接觸式液冷電池包。圖 1-3 特斯拉 Model S 液冷電池包相變材料能在某一恒定的或者近似恒定的溫度下發(fā)生相變，吸收大量的熱，因此可以利用材料的相變特性對(duì)電池進(jìn)行熱管理。石蠟由于其低廉的價(jià)格，較高的相變潛熱，非常適合作為電池包的相變散熱冷卻材料，目前主要采用石蠟與多孔物質(zhì)相結(jié)合，添加高導(dǎo)熱系數(shù)添加劑的方式來(lái)提高石蠟的導(dǎo)熱性能[39]。2005 年 Mills 等人[40]設(shè)計(jì)了一款基于相變材料的被動(dòng)式電池冷卻系統(tǒng)，，通過(guò)在相變材料中浸漬膨脹石墨（EG）基質(zhì)的方式顯著改善了相變材料的低導(dǎo)熱性問(wèn)題。2008 年 R.Kizilel 等人[41]研究了一種新型相變材料對(duì)磷酸鐵鋰電池溫度和溫度均勻性的被動(dòng)控制效果。2009 年張國(guó)慶等人[42]利用石蠟/石墨相變復(fù)合材料對(duì)電池散熱展開(kāi)了研究，結(jié)果表明相變材料散熱比傳統(tǒng)風(fēng)冷具有更好的冷卻效果，并且在石蠟與石墨質(zhì)量比為 4:1 時(shí)電池的散熱效果達(dá)到最佳。2016 年魏增輝等人[43]設(shè)計(jì)了一種基于相變材料和液冷相耦合的電池冷卻系統(tǒng)，并研究了不同液冷開(kāi)啟時(shí)刻及冷卻流量對(duì)系統(tǒng)散熱效果的影響。目前，相變材料熱管理系統(tǒng)仍處于理論研究階段，研究主要集中在研發(fā)具有高導(dǎo)熱性能的復(fù)合相變材料、多孔金屬/相變材料復(fù)合結(jié)構(gòu)以及與其他冷卻方式聯(lián)合使用等方面，工程運(yùn)用較少。圖 1-4 為典型的基于相變材料散熱的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U469.72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2610345