本文選題：電芯模型 + 熱模型�。� 參考：《電子科技大學》2016年碩士論文

【摘要】：鋰離子電池因其自身的優(yōu)點在電子產(chǎn)品、電動汽車中廣泛應用,在實際應用中,電池的工作溫度不僅影響電池的安全性,而且嚴重影響電池的壽命、老化、能量的利用率等性能。為了對電池進行有效的熱管理,本文結(jié)合實驗測試、仿真模擬、解析計算來研究電池的產(chǎn)熱分布和散熱管理。主要內(nèi)容和結(jié)論如下:1、產(chǎn)熱分析以錳酸鋰電池為依據(jù),使用COMSOL軟件建立一維電芯模型,計算電芯的產(chǎn)熱率。單獨計算極耳和集流體的產(chǎn)熱率,在計算集流體上的產(chǎn)熱分布時,建立一種新的解析方法計算集流體上不同位置的產(chǎn)熱率,并將集流體、極耳和電芯這三部分的產(chǎn)熱導入到熱模型中,計算電池的溫度分布。并通過實驗測試對比,驗證了模型的可靠性,同時說明,使用此解析方法計算集流體的產(chǎn)熱是合理準確的。在此模型基礎上,分析電芯的正極、負極和電解質(zhì)不同位置的產(chǎn)熱率大小,結(jié)果表明,負極的產(chǎn)熱率大于正極,而且產(chǎn)熱率最高的地方在負極和電解質(zhì)的接觸面上。說明在鋰電制備和電池老化監(jiān)測中,需要特別注意負極和電解質(zhì)的界面。此外,本文還分析了不同放電倍率時,可逆反應熱和不可逆歐姆熱對電芯單元總產(chǎn)熱的影響。結(jié)果表明,小倍率放電時,可逆熱占總產(chǎn)熱的比例大于歐姆熱,而隨著放電倍率的增加,可逆熱和歐姆熱都迅速增大,但是歐姆熱的增加幅度大于可逆熱,最終導致歐姆熱在總產(chǎn)熱的比例超過可逆熱。2、散熱管理電池的散熱管理方面分為兩部分,第一部分是從電池本身結(jié)構(gòu)出發(fā),研究極耳的位置、尺寸以及電池的長寬厚對電池溫度的影響,六種極耳配置結(jié)果表明,極耳放置在電池相對的兩條長邊中點,最有利于降低電池的局部溫差,但不利于降低最高溫度;將兩個極耳往邊緣移動,可以有效降低最高溫度。極耳越寬,越有利于降低電池的最高溫度。通過增大長寬厚對原電池容量進行擴容,以此研究電池長寬厚度對電池溫度的影響。結(jié)果表明,保持厚度不變,增大電池長寬面積擴容的方法,可以有效降低電池的最高溫度,但是會增大局部溫差;而保持電池面積不變,增加厚度來擴容時,可以有效降低電池的溫差,但是增大了電池的平均溫度。當兼顧電池的長度、寬度、厚度來擴容時,既可以降低電池的最高溫度,又可以減小電池的溫差。第二部分散熱管理是借助外界的冷卻方式來對電池進行散熱處理。對擴容后的大面積錳酸鋰單體電池以及由此并聯(lián)組成的電池包分別進行空氣冷卻、相變冷卻以及二者的結(jié)合冷卻。結(jié)果表明:(1)風冷散熱中,加大換熱系數(shù),可以有效降低電池的平均溫度,但是對減小電池的局部溫差,效果不明顯,如果散熱通道數(shù)量比較少,則會增大電池的局部溫差。(2)相變散熱也可以降低電池的平均溫度和溫差,但如果相變材料的量不足,在相變材料開始融化和完全融化之間,電池的溫差增幅會迅速增大,而電池的平均溫度會保持在相變溫度范圍內(nèi)。當相變材料完全融化后,電池的平均溫度繼續(xù)升高,而溫差的變化有所下降。(3)風冷和相變的結(jié)合散熱效果,比單一的風冷散熱和相變散熱效果好。
[Abstract]:Lithium ion battery is widely used in electronic products and electric vehicles because of its own advantages. In practical applications, the working temperature of the battery not only affects the safety of the battery, but also seriously affects the battery life, aging, the utilization of energy and so on. In order to manage the battery effectively, this paper combines experimental test, simulation and simulation. The main contents and conclusions are as follows: 1, on the basis of the lithium manganate battery, the thermal analysis is based on the lithium manganate battery, and the COMSOL software is used to establish the one dimension core model and calculate the heat production rate of the core. The heat production rate of the polar and collecting fluids is calculated separately, and a new kind of heat distribution is established in the calculation of the heat production distribution on the fluid collection. An analytical method is used to calculate the heat production rate of different positions on the collector fluid, and the heat production of the three parts of the fluid collection, the polar ear and the electric core are introduced into the thermal model, and the temperature distribution of the battery is calculated. The reliability of the model is verified by the experimental test and comparison. At the same time, it is proved that the heat production of the collector is reasonable and accurate by using this analytical method. On the basis of the model, the heat production rate of the positive electrode of the electric core, the negative electrode and the electrolyte in different positions is analyzed. The results show that the heat production rate of the negative electrode is greater than the positive pole, and the place of the highest heat production rate is on the contact surface of the negative electrode and electrolyte. The effect of reversible heat and irreversible ohmic heat on the total heat production of the core unit is also analyzed. The results show that the ratio of reversible heat to total heat production is greater than ohm heat when the discharge rate is small, but with the increase of discharge ratio, the reversible heat and Ohm heat increase rapidly, but the increase of ohmic heat is greater than that of the reversible heat. Finally, the proportion of Ohm heat in total heat production exceeds the reversible heat.2. The heat dissipation management of the heat dissipation battery is divided into two parts. The first part is the study of the position, size and the influence of the length and thickness of the battery on the cell temperature from the structure of the battery itself. The six kinds of polar ear configuration results show that the polar ear is placed in the relative two of the battery. The middle point of long edge is most beneficial to reducing the local temperature difference of the battery, but it is not conducive to reducing the maximum temperature. The maximum temperature can be reduced effectively by moving the two pole ears to the edge. The wider the polar ear is, the more beneficial to reducing the maximum temperature of the battery. By increasing the length and thickness of the battery capacity, the capacity of the battery can be expanded to study the cell temperature and the cell temperature. The results show that the method of keeping the thickness constant and increasing the length and width of the battery can effectively reduce the maximum temperature of the battery, but it will increase the local temperature difference, while keeping the cell area constant and increasing the thickness to dilate the battery can effectively reduce the temperature difference of the battery, but increase the average temperature of the battery, when the battery length is taken into account. When the width and thickness are expanded, the maximum temperature of the battery can be reduced and the temperature difference of the battery can be reduced. The second part of the heat dissipation management is to heat the battery with the aid of the external cooling mode. The air cooling and phase change cooling of the large area of the large area lithium manganese monomer battery and the battery package which is made up in parallel are cooled. And the combined cooling of the two shows that: (1) increasing the heat transfer coefficient can effectively reduce the average temperature of the battery, but the effect of reducing the local temperature difference of the battery is not obvious. If the number of heat dissipation channels is less, the local temperature difference will be increased. (2) the phase change heat dissipation can also reduce the average temperature and temperature of the battery. But if the amount of phase change materials is insufficient, the temperature difference increase rapidly between the phase change material and the complete melting, and the average temperature of the battery is kept within the range of phase transition temperature. When the phase change material is completely melted, the average temperature of the battery continues to rise, and the temperature difference decreases. (3) air cooling and phase change Combined with the cooling effect, the cooling effect is better than single cooling and heat transfer.

【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM912

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葉宏,何漢峰,葛新石,徐斌;利用焓法和有效熱容法對定形相變材料熔解過程分析的比較研究[J];太陽能學報;2004年04期

2 葉宏;張栓勤;莊雙勇;楊泰蓉;王西耀;;相變材料模擬金屬板熱特性的理論設計與實驗驗證[J];兵工學報;2006年03期

3 呂舒眉;張拴勤;連長春;黃長庚;;相變材料紅外特征模擬的理論和實驗研究[J];兵工學報;2007年04期

4 盛青青;章學來;;石蠟類復合相變材料的研究進展[J];制冷空調(diào)與電力機械;2008年02期

5 ;相變材料[J];遼寧建材;2009年01期

6 陳璨;;淺談相變材料在建筑中的應用[J];硅谷;2009年08期

7 楊麗;;相變材料在建筑結(jié)構(gòu)中的應用綜述[J];建筑;2009年10期

8 余保英;張亞梅;;建筑相變材料的封裝技術(shù)[J];江蘇建材;2009年02期

9 邱林;劉星;;填充相變材料建筑結(jié)構(gòu)層蓄能的研究[J];建筑材料學報;2009年05期

10 費逸偉;馬曉宇;佟麗萍;楊宏偉;;有機相變材料在節(jié)能領域的應用研究[J];太陽能;2010年11期

相關(guān)會議論文 前10條

1 孫蓉;;高效熱能存儲微結(jié)構(gòu)相變材料[A];先進潤滑抗磨材料研討會論文集（PPT版）[C];2007年

2 段玉情;康丁;西鵬;劉然;何春娥;;超分子聚乙醇類固-固相變材料的研究[A];“力恒杯”第11屆功能性紡織品、納米技術(shù)應用及低碳紡織研討會論文集[C];2011年

3 劉芳;于航;;相變材料蓄能研究進展及其應用[A];上海市制冷學會2009年學術(shù)年會論文集[C];2009年

4 劉太奇;褚金芳;師奇松;楊麗燕;李潭秋;楊東輝;吳曉;溫玉全;;相變材料的制備及自調(diào)溫功能服裝的研制開發(fā)[A];中國化工學會2009年年會暨第三屆全國石油和化工行業(yè)節(jié)能節(jié)水減排技術(shù)論壇會議論文集（下）[C];2009年

5 種凈植;楊小鳳;莊春龍;鄧仲安;;冬季工況下定形相變材料的熱特性實驗研究[A];2007年西南地區(qū)暖通空調(diào)及熱能動力學術(shù)年會論文集[C];2007年

6 章學來;盛青青;楊培瑩;呂磊磊;葉金;;石蠟相變材料蓄熱過程實驗研究[A];上海市制冷學會2007年學術(shù)年會論文集[C];2007年

7 于樹軒;章學來;施敏敏;;石蠟相變材料強化傳熱技術(shù)研究[A];上海市制冷學會2009年學術(shù)年會論文集[C];2009年

8 黃育華;詹武剛;;一種綜合利用相變材料的節(jié)能系統(tǒng)[A];第十四屆西南地區(qū)暖通空調(diào)熱能動力學術(shù)年會論文集[C];2011年

9 潘毅群;;相變材料式蓄冷槽的模型建立及實驗驗證[A];全國暖通空調(diào)制冷1998年學術(shù)文集[C];1998年

10 李震;張寅平;江億;;蓄能相變材料相變區(qū)比熱特性對其蓄換熱性能的影響[A];全國暖通空調(diào)制冷2000年學術(shù)年會論文集[C];2000年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 朱青 劉朝輝 宋長友;相變材料在建筑外圍護結(jié)構(gòu)中的應用[N];中國建設報;2005年

2 本報記者 陳丹;朝朝暮暮各不同[N];科技日報;2012年

3 劉霞;相變材料能在0.5納秒內(nèi)快速切換[N];科技日報;2014年

4 西南大學園藝園林學院 羅慶熙　劉彥辰;新興節(jié)能技術(shù)用于溫室材料[N];中國花卉報;2012年

5 張邁建;科技與時尚握手[N];中國紡織報;2007年

6 酒業(yè);德國發(fā)明智能飲料杯可控溫啤酒[N];中國包裝報;2009年

7 史博臻;“凝膠”造就天然“空調(diào)墻”[N];文匯報;2012年

8 翻譯 龔雪;綠色建筑未來的五大趨勢[N];中華建筑報;2011年

9 許曉東;盛夏 家居可以不用空調(diào)[N];消費日報;2007年

10 記者 陳敏　通訊員 胡敏;沒有空調(diào),房子也能自我調(diào)控溫度[N];寧波日報;2011年

相關(guān)博士學位論文 前10條

1 黃昭雯;LiNO_3-KCl/膨脹石墨復合相變材料的制備及性能研究[D];華南理工大學;2015年

2 胡志培;基于相變材料熔化特性的蓄熱裝置強化傳熱研究[D];西安建筑科技大學;2015年

3 韓延龍;基于相變材料的核救災機器人電子器件熱防護研究[D];華東理工大學;2016年

4 謝標;復合相變材料儲能及熱控的理論和實驗研究[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

5 趙盼盼;固固復合相變材料制備及性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

6 梁書恩;納米膠囊化相變材料的制備及應用研究[D];中國科學技術(shù)大學;2016年

7 楊佳霖;潛熱蓄熱相變過程換熱強化研究[D];華北電力大學(北京);2016年

8 方昕;面向儲熱的復合相變材料熱物性表征及調(diào)控機理研究[D];浙江大學;2016年

9 孟多;定形相變材料的制備與建筑節(jié)能應用[D];大連理工大學;2010年

10 張平;石蠟類相變材料的設計及其熱物性與阻燃性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2011年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 劉鑫;無機物包覆正十四烷微膠囊相變材料研究[D];華南理工大學;2015年

2 吳偉雄;基于相變材料的動力電池熱管理實驗及仿真研究[D];廣東工業(yè)大學;2015年

3 王罡;APP/CFA膨脹阻燃石蠟—聚丙烯定形相變材料的制備與研究[D];東北林業(yè)大學;2015年

4 張慶;脂肪酸復合相變材料的制備及其在日光溫室中的應用[D];西北農(nóng)林科技大學;2015年

5 朱峰;復合相變材料太陽能蓄熱器性能研究[D];華南理工大學;2015年

6 彭瑩;中低溫有機固—固相變材料的制備及其熱性能研究[D];陜西理工學院;2015年

7 王立勛;相變蓄熱/冷換熱器的傳熱特性研究[D];鄭州輕工業(yè)學院;2015年

8 劉春英;相變儲熱材料的封裝優(yōu)化及在寒區(qū)村鎮(zhèn)中的應用效果[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

9 王雪皎;相變材料過冷跨季節(jié)蓄能地板采暖系統(tǒng)模擬[D];華北電力大學;2015年

10 韓玉維;過冷水合鹽相變材料釋熱特性模擬研究[D];華北電力大學;2015年

，

本文編號：1819970