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

【摘要】：鋰離子電池因其自身的優(yōu)點(diǎn)在電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車中廣泛應(yīng)用,在實(shí)際應(yīng)用中,電池的工作溫度不僅影響電池的安全性,而且嚴(yán)重影響電池的壽命、老化、能量的利用率等性能。為了對(duì)電池進(jìn)行有效的熱管理,本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試、仿真模擬、解析計(jì)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(jì)算電芯的產(chǎn)熱率。單獨(dú)計(jì)算極耳和集流體的產(chǎn)熱率,在計(jì)算集流體上的產(chǎn)熱分布時(shí),建立一種新的解析方法計(jì)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(dǎo)入到熱模型中,計(jì)算電池的溫度分布。并通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比,驗(yàn)證了模型的可靠性,同時(shí)說明,使用此解析方法計(jì)算集流體的產(chǎn)熱是合理準(zhǔn)確的。在此模型基礎(chǔ)上,分析電芯的正極、負(fù)極和電解質(zhì)不同位置的產(chǎn)熱率大小,結(jié)果表明,負(fù)極的產(chǎn)熱率大于正極,而且產(chǎn)熱率最高的地方在負(fù)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(cè)中,需要特別注意負(fù)極和電解質(zhì)的界面。此外,本文還分析了不同放電倍率時(shí),可逆反應(yīng)熱和不可逆歐姆熱對(duì)電芯單元總產(chǎn)熱的影響。結(jié)果表明,小倍率放電時(shí),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(dǎo)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(zhǎng)寬厚對(duì)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(duì)的兩條長(zhǎng)邊中點(diǎn),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(gè)極耳往邊緣移動(dòng),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(zhǎng)寬厚對(duì)原電池容量進(jìn)行擴(kuò)容,以此研究電池長(zhǎng)寬厚度對(duì)電池溫度的影響。結(jié)果表明,保持厚度不變,增大電池長(zhǎng)寬面積擴(kuò)容的方法,可以有效降低電池的最高溫度,但是會(huì)增大局部溫差;而保持電池面積不變,增加厚度來擴(kuò)容時(shí),可以有效降低電池的溫差,但是增大了電池的平均溫度。當(dāng)兼顧電池的長(zhǎng)度、寬度、厚度來擴(kuò)容時(shí),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(duì)電池進(jìn)行散熱處理。對(duì)擴(kuò)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(jìn)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(fēng)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(duì)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(huì)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(huì)迅速增大,而電池的平均溫度會(huì)保持在相變溫度范圍內(nèi)。當(dāng)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(fēng)冷和相變的結(jié)合散熱效果,比單一的風(fēng)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(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM912

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本文編號(hào)：1819970