【摘要】：由于全球能源短缺和環(huán)境保護(hù)的需要,電動(dòng)汽車發(fā)展已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。鋰離子動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的核心動(dòng)力來源,其熱安全將直接影響到電池系統(tǒng)的可靠性,進(jìn)而對(duì)電動(dòng)汽車的安全性能產(chǎn)生重要影響。對(duì)鋰離子電池單體熱行為和模組熱管理優(yōu)化的研究將提升電池工作過程可靠性,進(jìn)而保證電池系統(tǒng)安全性。該文基于COMSOL Multiphysics軟件,針對(duì)鋰離子動(dòng)力電池單體和模組,對(duì)某一特定正常工況和熱失控工況下電池?zé)崽匦赃M(jìn)行了模擬研究,并結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。具體內(nèi)容包括以下三部分:基于電池測(cè)試試驗(yàn),對(duì)26Ah單體軟包鋰離子電池進(jìn)行充放電測(cè)試,容量衰減測(cè)試和恒溫測(cè)試。其測(cè)試結(jié)果表明:電池在充放電過程中均會(huì)出現(xiàn)三個(gè)時(shí)期,中間平臺(tái)期電池電壓最為穩(wěn)定同時(shí)高倍率充放電會(huì)縮短電池處于穩(wěn)定平臺(tái)期時(shí)間;當(dāng)電池以規(guī)定方式循環(huán)充放電2500次時(shí),其容量將降低至額定容量的80%;電池工作溫度將嚴(yán)重影響電池的放電容量,當(dāng)工作溫度為-20℃時(shí)其容量將降低30%。建立26Ah單體軟包電池?zé)崾Э啬Ｐ?對(duì)鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行針刺熱濫用觸發(fā)模擬,研究針刺觸發(fā)熱失控過程中電池內(nèi)部活性材料隨時(shí)間的變化規(guī)律和針刺半徑對(duì)電池?zé)崾Э禺a(chǎn)熱的影響,并基于針刺實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性。研究發(fā)現(xiàn)在該類鋰離子動(dòng)力電池?zé)釣E用過程中電池負(fù)極材料量下降50%,熱量的主要來源是內(nèi)部活性材料在高溫下分解所產(chǎn)生的熱量;針刺半徑在3mm范圍內(nèi),半徑越小針刺點(diǎn)內(nèi)阻越大,這將直接導(dǎo)致針刺點(diǎn)產(chǎn)熱率上升,繼而導(dǎo)致電池平均溫度的上升。基于單體軟包鋰離子電池模型,考慮實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型可行性,以18650電池模組為研究對(duì)象,建立鋰離子電池模組熱電耦合模型,分析以PCM(Phase Change Material)和石墨為填充材料下充放電倍率、液冷流量、液冷管排數(shù)對(duì)電池模組溫度的影響;使用針刺觸發(fā)電池?zé)崾Э?探究填充材料對(duì)電池模組熱失控傳播的影響;結(jié)合電池?zé)崾Э卦囼?yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性;基于已驗(yàn)證的電池模組熱失控模型,改變電池填充材料屬性參數(shù),研究填充材料對(duì)電池?zé)崾Э芈拥挠绊?優(yōu)化電池?zé)峁芾矸桨浮Ｑ芯拷Y(jié)果表明:填充材料和管排數(shù)對(duì)電池正常模組溫升影響較大;填充材料為石墨時(shí)最佳液冷管排數(shù)為8根;PCM材料能將對(duì)熱失控傳播時(shí)間控制在46s/顆;采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的泡沫金屬作為電池填充材料將在保證電池最大安全性的同時(shí)降低電池模組溫度。本文基于針刺觸發(fā)方式建立電池單體熱失控模型并驗(yàn)證,并以單體研究為基礎(chǔ)構(gòu)建以填充材料和液冷結(jié)合的新型熱管理方案,實(shí)現(xiàn)基于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%泡沫金屬?gòu)?fù)合材料作為電池填充材料時(shí)效果最優(yōu),在控制特定正常工況電池溫升的同時(shí),將熱失控在模組總蔓延時(shí)間控制在63s以內(nèi)。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM912
【圖文】：

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文電樁布置也在不斷研發(fā)和試水，這將會(huì)進(jìn)一步提升中國(guó)在該領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。新能源汽車產(chǎn)銷數(shù)量增長(zhǎng)迅速，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017 年我國(guó)新能源汽車生9.4 萬輛，同比增長(zhǎng) 53.8%，其中銷量為 77.7 萬輛，同比增長(zhǎng) 53.3%。新能源占比為 2.7%，其保有總量已經(jīng)突破 180 萬輛。截止至 2018 年，我國(guó)新能源汽量分別為 127 萬輛和 125.6 萬輛，其中純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成 98.6 萬輛和，同比增長(zhǎng) 47.9%和 50.8%，插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷增長(zhǎng)幅度高于純電動(dòng)汽銷分別完成 28.3 萬輛和 27.1 萬輛，同比分別增長(zhǎng) 122%和 118%

圖 2.3 COMSOL Multiphysics 軟件設(shè)置示意圖“研究”模塊的作用是設(shè)定具體計(jì)算條件。其中模塊中包括“參數(shù)化掃描”，“”和“求解器配置”�！皡�(shù)化掃描”實(shí)現(xiàn)對(duì)不同參數(shù)條件進(jìn)行掃描計(jì)算，并將制在一張圖上；“步驟”中確定計(jì)算時(shí)間和計(jì)算時(shí)間間隔，并設(shè)定網(wǎng)格信息�！啊痹O(shè)置一般按照默認(rèn)設(shè)置即可�！敖Y(jié)果”模塊中，可以基于探針數(shù)據(jù)，對(duì)電池模組，電池單體的溫度、電流、等參數(shù)變化進(jìn)行繪制，也可以實(shí)現(xiàn)電池參數(shù)動(dòng)態(tài)云圖的繪制。3.2 COMSOL 軟件的計(jì)算原理COMSOL 軟件的計(jì)算原理是基于經(jīng)典熱力學(xué)理論和數(shù)值計(jì)算方法，通過計(jì)算計(jì)算的方式，計(jì)算不同時(shí)間和空間領(lǐng)域熱流場(chǎng)分布，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池包整體溫的全域全周期模擬，其計(jì)算流程圖如圖 2.4 所示。其基本思想可以歸結(jié)為：將原

圖 3.1 充電過程中電壓隨 SOC 變化研究電池放電過程規(guī)律時(shí)，先使用恒流-恒壓充電方式將電池充滿電，其恒倍率為 1C，基于充滿電電池使用 0.1C、0.5C、1C、5C、10C 五種放電倍率其電池電壓與 DOD（depth of discharge）關(guān)系如下圖 3.2 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 宋麗;魏學(xué)哲;戴海峰;孫澤昌;;鋰離子電池單體熱模型研究動(dòng)態(tài)[J];汽車工程;2013年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 孫開蓮;二次鋰電池正負(fù)極材料制備與性能研究[D];上海大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：2794727