隨著全球能源和環(huán)境問題的出現,世界各國加大了對清潔新能源的利用與研發(fā),對新能源汽車的研發(fā)是其中重要的部分。動力電池作為新能源汽車的核心之一隨之得到了重視。電池熱管理系統(tǒng)是動力電池管理系統(tǒng)中的重要組成部分。電池溫度過高會使得電池性能急劇下降,甚至會產生熱失控。電池溫度的一致性變差使得電池循環(huán)壽命降低。外界環(huán)境溫度過低,又會造成電池電化學反應過慢,影響電池正常的充放電,甚至會使得電池喪失電化學反應活性,無法工作。所以建立有效的電池熱管理系統(tǒng)是電池正常工作的充分條件。本文的研究工作總結了當今的電池熱管理方式以及研究現狀�，F階段電池熱管理系統(tǒng)的方式主要有空冷、液冷、相變材料冷卻和混合冷卻。另外本文歸納了仿真技術在熱管理方面的應用發(fā)展,以突出本文研究方法的合理性。然后本文針對空冷、液冷和混合冷卻三種熱管理方式以及電池的預熱方式進行了CFD(Computational Fluid Dynamics)仿真研究,主要的研究內容如下:本文對空冷電池組、液體冷卻及預熱電池組和混合冷卻及預熱電池組進行了設計、建模和仿真及強化傳熱分析。首先設計了電池模組結構和空冷電池組箱體結構,并通過仿真分析找出了模組內的電池在不同入口結構和不同入口條件下的溫變規(guī)律,并且從傳熱理論角度分析了規(guī)律的內在原因,從而進一步提出改進措施。通過分析得出空冷電池組在1C放電倍率下可以控制模組溫均性,相對于液冷具有結構簡單和輕量化的優(yōu)勢。但是空冷結構在電池2C放電倍率下顯示出了溫度的不可控性,由此設計了液冷電池組。本文設計了液體電池組的冷卻及預熱結構。通過歸納不同工況下模組內不同位置處電池的溫變規(guī)律并結合傳熱理論分析,得出了造成此溫變規(guī)律的內在原因,并以此為參考進行電池組結構強化傳熱設計,包括增強電池組內部導熱措施以及增加流道液流出口。然后通過前后仿真數據的比較突出改進后的結構在控溫效果上的優(yōu)勢,證明改進后的冷卻和預熱結構的有效性和理論分析的合理性。為了改善液體冷卻及預熱方式的控溫效果,本文在液體冷卻和預熱模型的基礎上加入了風扇,進行內部擾流。并且結合傳熱理論和仿真結果分析了這種加入風扇的混合方式對電池組的控溫效果,總結了不同工況下溫變的規(guī)律性。通過與之前液體冷卻預熱方式的數據結果對比與分析,證明了混合方式控溫的有效性以及理論分析的合理性。本文通過CFD分析得出:從電池組冷卻角度來看,電池在1C倍率放電條件下,空冷電池組能夠滿足控溫需求,而且較于液冷電池組更加結構簡單而且輕量化。而且通過增加入口風作用面積可以有效地提高模組溫均性。但是液冷電池組較于空冷電池組,在2C倍率放電條件下可以更好地控制溫升以及滿足電池組溫均性需求。而且通過對電池包液冷結構的強化設計可以保證電池在2C放電條件下,電池間的溫度極差可以較先前有明顯的提高。本文總結了電池組一系列的溫變規(guī)律,比如隨著液流量的增加溫度極差隨之降低但是降低幅度逐漸減少,而且隨著入口液溫的降低模組內部溫度極差變化率增加。對于混冷電池組而言,混冷模式較之液冷能夠增強冷卻控溫效果,尤其是降低了模組的溫度極差。降低幅度達到16%~17.7%。對于電池組預熱而言,本文通過傳熱理論與仿真數據相結合的方式得出預熱溫度響應時間的影響因素主要是:1.入口液溫與電池初始溫度間的溫差。2.液流通道內部流動方式。并由此改進了流道的方式,而且實現了更好的控溫效果,比如降低了預熱溫度響應時間將近21.7%。另外本文得出:混合預熱方式較于液體預熱方式可以實現更高的預熱效率,降低溫度響應時間將近34.9%。最終通過對不同預熱方式下溫度變化的規(guī)律性分析,得出了四種預熱方式的溫變規(guī)律,最終確定了最佳的預熱方式是多出口液流混合預熱,在溫度響應時間上較三出口預熱方式降低了48%。
【學位單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

1 電池組及冷卻結構物理模型構建本節(jié)介紹了單體電池、電池組的三維模型的構建及其冷卻結構三維模型的建。1.1 鋰離子電池組三維模型的建立為了仿真計算，需要建立一個電池組體系。在這個體系中包括電池單體模型，體成組模型，以及各類附件模型。如圖 2.1 所示。一般鋰電池由正極材料、負極材料、正極集流板、負極集流板、隔膜、正極、負極耳組成。如圖 2.2 是單體電池模型，具體尺寸見表 2.1。電動汽車電池放電電壓一般在 360V 左右，容量一般在 40Ah~100Ah 范圍內。本文電池箱體部共有 17 個電池模組，每個電池模組內部有 24 節(jié)電池單體，單體電池電壓是V、15Ah。電池組是 102 串 4 并，電池組容量是 60Ah，電壓是 350V。

1 電池組及冷卻結構物理模型構建本節(jié)介紹了單體電池、電池組的三維模型的構建及其冷卻結構三維模型的建。1.1 鋰離子電池組三維模型的建立為了仿真計算，需要建立一個電池組體系。在這個體系中包括電池單體模型，體成組模型，以及各類附件模型。如圖 2.1 所示。一般鋰電池由正極材料、負極材料、正極集流板、負極集流板、隔膜、正極、負極耳組成。如圖 2.2 是單體電池模型，具體尺寸見表 2.1。電動汽車電池放電電壓一般在 360V 左右，容量一般在 40Ah~100Ah 范圍內。本文電池箱體部共有 17 個電池模組，每個電池模組內部有 24 節(jié)電池單體，單體電池電壓是V、15Ah。電池組是 102 串 4 并，電池組容量是 60Ah，電壓是 350V。

b 電池高度 126±0.c 電池厚度 16.5±0.d 極柱高度 8±0.5e 極柱半徑 8±0.03每個模組內部有 24 節(jié)電池如圖 2.3 所示，另外每個模組分為三個小模.4 所示，每個小模組內部有八塊電池單體。電池和防震板之間設置如圖區(qū)域的鋁制接觸板，使得電池貼合緊密。電池外部布置有防震板，一方容納電池小模組使其坐落于內部，另一方面是為了布置電池上的絕緣座

【參考文獻】

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本文編號：2824512