基于柔性通道內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱的圓柱形鋰電池?zé)峁芾硌芯?/H1>
發(fā)布時(shí)間：2020-07-19 11:19
【摘要】：伴隨著電動(dòng)車銷量大增,動(dòng)力電池行業(yè)進(jìn)入爆發(fā)式發(fā)展期。鋰電池由于其出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性以及較長的使用壽命,在動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域被廣泛使用。溫度是影響鋰電池性能和壽命的至關(guān)重要的因素。本文圍繞圓柱形磷酸鐵鋰電池的電池?zé)峁芾磉M(jìn)行了詳細(xì)研究。電池?zé)峁芾戆ㄍ獠坷鋮s和內(nèi)部冷卻兩方面。在充放電過程中電極是主要產(chǎn)熱源,因此優(yōu)化電極的設(shè)計(jì)是降低電池產(chǎn)熱的關(guān)鍵因素。通過建立偽二維電化學(xué)-熱耦合模型,研究了正負(fù)電極顆粒尺寸和溫度依賴性參數(shù)對電池產(chǎn)熱的影響。研究了電池在恒流放電過程中的產(chǎn)熱速率,以及正極、隔膜和負(fù)極各部分的產(chǎn)熱速率和所占比例。結(jié)果說明,總產(chǎn)熱功率隨反應(yīng)熱的波動(dòng)而變化,其中正極電極層中反應(yīng)熱占比最大,負(fù)極電極層中極化產(chǎn)熱所占比例高于正極,而隔膜中的產(chǎn)熱主要來源自歐姆熱。不同對流換熱系數(shù)條件下,電池的表面溫度和內(nèi)部溫度差都不同,因此要合理的采取電池?zé)峁芾泶胧�。為了更好地研究鋰電池�?nèi)部在放電過程中的電化學(xué)特性,在考慮圓柱形電池卷繞堆疊導(dǎo)致的邊緣效應(yīng)的基礎(chǔ)上建立二維電化學(xué)-熱耦合模型。結(jié)果表明,柔性金屬微通道的熱管理方式能夠有效疏散電池放電過程產(chǎn)生的熱量。為了探究基于柔性非金屬管內(nèi)流動(dòng)換熱的冷卻效果，建立了電池?zé)峁芾韺?shí)驗(yàn)系統(tǒng),以制冷劑R141b為實(shí)驗(yàn)工質(zhì),開展了對電池模塊內(nèi)包括管道材料、單體電池和電池組的溫度特性的研究。分析了該系統(tǒng)下,管內(nèi)換熱方式、接觸熱阻以及接觸面積對冷卻效果的影響。最后通過肋壁換熱的計(jì)算,得出不同冷卻方式下電池的表面換熱系數(shù)。為了探究高導(dǎo)熱系數(shù)的通道對電池冷卻效果的影響,設(shè)計(jì)了柔性矩形扁平微通道的鋁合金板作為流通通道的實(shí)驗(yàn)研究。該結(jié)構(gòu)改善了柔性非金屬微通道的接觸不良和導(dǎo)熱熱阻較大的問題。另外,與電池的接觸面積可以通過增加冷板面積或改變接觸圓心角來實(shí)現(xiàn)。電池與柔性金屬微通道之間的換熱增強(qiáng),當(dāng)入口質(zhì)量流速在一定范圍內(nèi),可實(shí)現(xiàn)微通道內(nèi)流動(dòng)沸騰換熱,達(dá)到更好的冷卻效果。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U469.72;TM912
【圖文】：
１邋引ｇ逡逑２０１８年１０月２１日，我國一年發(fā)生的電動(dòng)車起火時(shí)間己表１－２邋２０１８年新能源汽車自燃事故不完全統(tǒng)計(jì)表逡逑ｍｐｌｅｔｅ邋Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋Ｎｅｗ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ邋Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ邋Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ邋Ａｃｃｉ邐自燃時(shí)間邐自燃原因邐自燃地點(diǎn)邐２０１８年１月邐車輛停止?fàn)顟B(tài)自然邐重慶邐２０１８年５月邐充電自燃邐－－源邐２０１８年５月邐充電自燃邐浙江源邐２０１８年５月邐行駛中自燃邐湖北邐２０１８年５月邐充電自燃邐深圳邐源邐２０１８年６月邐行駛中自燃邐山東源邐２０１８年６月邐飛線充電自燃邐北京２０１８年８月邐浸水自燃邐廣州２０１８年８月邐試裝車操作不當(dāng)邐成都源邐２０１８年９月邐充電自燃邐Ｗ
邐１邋弓丨言邐逡逑能有效提高電池?zé)嵝阅埽湟驗(yàn)槠涔逃械膹?fù)雜性不是最佳選擇，需要冷卻器來逡逑冷卻液體，栗來提供動(dòng)力。Ｓｈａｈａｂｅｄｄｉｎ邋Ｋ．邋Ｍｏｈａｍｍａｄｉａｎ等人［４３］指出內(nèi)部冷卻相逡逑比于外部冷卻，不僅降低溫度而且提高溫度均勻性，因此提出在電極嵌入微通道，逡逑注入冷卻劑來給電池進(jìn)行內(nèi)部冷卻。提高冷卻水入口溫度，則電池平均溫度升高，逡逑但是溫度標(biāo)準(zhǔn)差降低。這個(gè)問題需要深入研究。ＷｅｉＴｏｎｇ等人對鋰離子電池組逡逑進(jìn)行了數(shù)值研宄，包括冷卻劑速度、冷卻板數(shù)量和厚度，堆疊數(shù)量增加可以降低電逡逑池溫度，但也會導(dǎo)致電池組整體重量變大。ＹｕｔａｏＨｕｏ等人考慮到導(dǎo)熱系數(shù)和粘逡逑度，采用液態(tài)水來給電池進(jìn)行冷卻，流動(dòng)狀態(tài)為層流，當(dāng)環(huán)境溫度高的時(shí)候，要增逡逑大液體介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，可以采用兩相流。逡逑—４邋？｜—逡逑
邐３邐４逡逑圖２－１鋰離子電池單體電化學(xué)模型示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｍｏｄｅｌ邋ｆｏｒ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑（２）控制方程逡逑在外加電場的作用下，正極材料的鋰離子脫離出來，經(jīng)過電解液和隔膜向負(fù)極逡逑移動(dòng)，與負(fù)極的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成ＬｉＣ６，嵌入到負(fù)極中，而等量的電子沿逡逑著外電路從負(fù)極到正極。在放電過程中，內(nèi)部電場轉(zhuǎn)向使得鋰離子從負(fù)極脫嵌，順逡逑著電場的方向，與正極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，回歸正極，而等量電子的沿著外電路從逡逑正極到負(fù)極。在放電和充電過程中，陽極和陰極的電化學(xué)反應(yīng)如下［６４］：逡逑陽極：ＬｉＣ６＜邐＞Ｌｉ，＿ｘＣ６＋ｘＬｒ＋ｅ－邐（２－１）逡逑陰極：ｘＬｉ邋＋邋ｘｅ—邋＋邋Ｌｉ＾ＦｅＰＣ＾邋＜邋ｄ＇ｃｆ：邋＞ＬｉＦｅＰ0４邐（２－２）逡逑上述正、負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)的是指就是鋰離子在正負(fù)極的嵌入和脫嵌，這一過逡逑程由巴特勒－福爾摩（Ｂｕｔｌｅｒ－Ｖｏｌｍｅｒ）方程來描述 【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前1條
1 洪思慧;張新強(qiáng);汪雙鳳;張正國;;基于熱管技術(shù)的鋰離子動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2014年11期
本文編號：2762346
本文鏈接：http://sikaile.net/guanlilunwen/glzh/2762346.html
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U469.72;TM912
【圖文】：
１邋引ｇ逡逑２０１８年１０月２１日，我國一年發(fā)生的電動(dòng)車起火時(shí)間己表１－２邋２０１８年新能源汽車自燃事故不完全統(tǒng)計(jì)表逡逑ｍｐｌｅｔｅ邋Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ邋ｏｆ邋Ｎｅｗ邋Ｅｎｅｒｇｙ邋Ｖｅｈｉｃｌｅ邋Ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ邋Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ邋Ａｃｃｉ邐自燃時(shí)間邐自燃原因邐自燃地點(diǎn)邐２０１８年１月邐車輛停止?fàn)顟B(tài)自然邐重慶邐２０１８年５月邐充電自燃邐－－源邐２０１８年５月邐充電自燃邐浙江源邐２０１８年５月邐行駛中自燃邐湖北邐２０１８年５月邐充電自燃邐深圳邐源邐２０１８年６月邐行駛中自燃邐山東源邐２０１８年６月邐飛線充電自燃邐北京２０１８年８月邐浸水自燃邐廣州２０１８年８月邐試裝車操作不當(dāng)邐成都源邐２０１８年９月邐充電自燃邐Ｗ
邐１邋弓丨言邐逡逑能有效提高電池?zé)嵝阅埽湟驗(yàn)槠涔逃械膹?fù)雜性不是最佳選擇，需要冷卻器來逡逑冷卻液體，栗來提供動(dòng)力。Ｓｈａｈａｂｅｄｄｉｎ邋Ｋ．邋Ｍｏｈａｍｍａｄｉａｎ等人［４３］指出內(nèi)部冷卻相逡逑比于外部冷卻，不僅降低溫度而且提高溫度均勻性，因此提出在電極嵌入微通道，逡逑注入冷卻劑來給電池進(jìn)行內(nèi)部冷卻。提高冷卻水入口溫度，則電池平均溫度升高，逡逑但是溫度標(biāo)準(zhǔn)差降低。這個(gè)問題需要深入研究。ＷｅｉＴｏｎｇ等人對鋰離子電池組逡逑進(jìn)行了數(shù)值研宄，包括冷卻劑速度、冷卻板數(shù)量和厚度，堆疊數(shù)量增加可以降低電逡逑池溫度，但也會導(dǎo)致電池組整體重量變大。ＹｕｔａｏＨｕｏ等人考慮到導(dǎo)熱系數(shù)和粘逡逑度，采用液態(tài)水來給電池進(jìn)行冷卻，流動(dòng)狀態(tài)為層流，當(dāng)環(huán)境溫度高的時(shí)候，要增逡逑大液體介質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，可以采用兩相流。逡逑—４邋？｜—逡逑
邐３邐４逡逑圖２－１鋰離子電池單體電化學(xué)模型示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｍｏｄｅｌ邋ｆｏｒ邋ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎ邋ｂａｔｔｅｒｉｅｓ逡逑（２）控制方程逡逑在外加電場的作用下，正極材料的鋰離子脫離出來，經(jīng)過電解液和隔膜向負(fù)極逡逑移動(dòng)，與負(fù)極的碳原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成ＬｉＣ６，嵌入到負(fù)極中，而等量的電子沿逡逑著外電路從負(fù)極到正極。在放電過程中，內(nèi)部電場轉(zhuǎn)向使得鋰離子從負(fù)極脫嵌，順逡逑著電場的方向，與正極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，回歸正極，而等量電子的沿著外電路從逡逑正極到負(fù)極。在放電和充電過程中，陽極和陰極的電化學(xué)反應(yīng)如下［６４］：逡逑陽極：ＬｉＣ６＜邐＞Ｌｉ，＿ｘＣ６＋ｘＬｒ＋ｅ－邐（２－１）逡逑陰極：ｘＬｉ邋＋邋ｘｅ—邋＋邋Ｌｉ＾ＦｅＰＣ＾邋＜邋ｄ＇ｃｆ：邋＞ＬｉＦｅＰ0４邐（２－２）逡逑上述正、負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)的是指就是鋰離子在正負(fù)極的嵌入和脫嵌，這一過逡逑程由巴特勒－福爾摩（Ｂｕｔｌｅｒ－Ｖｏｌｍｅｒ）方程來描述
【參考文獻(xiàn)】
相關(guān)期刊論文 前1條
1 洪思慧;張新強(qiáng);汪雙鳳;張正國;;基于熱管技術(shù)的鋰離子動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2014年11期
本文編號：2762346
本文鏈接：http://sikaile.net/guanlilunwen/glzh/2762346.html
最近更新
教材專著
