隨著能源行業(yè)不斷發(fā)展,以新能源電動汽車為主的動力及儲能領域電池系統(tǒng)中鋰離子電池的安全問題,特別是熱安全問題備受同行關注。任何以犧牲鋰離子電池安全為代價所換取的高比能和長壽命等性能特性的技術手段,都是錯誤的發(fā)展路線。為了有效提升電池模組的熱安全性能,延長電池模組的循環(huán)壽命,進而推動動力及儲能行業(yè)的發(fā)展與應用,本文針對46.8V/8.8Ah電池模組開發(fā)過程中的電性能篩選、產(chǎn)熱評估、模組及熱管理設計等關鍵環(huán)節(jié)進行研究。首先研究電池模組的核心單元18650電芯在不同物理工況和環(huán)境溫度下的電性能特征,并通過理論計算、實驗測量與計算機仿真相結(jié)合的方式分析18650電芯在不同放電倍率過程中的產(chǎn)熱行為和熱量分布規(guī)律,綜合評估電池成組前后的產(chǎn)熱及熱堆積效應。在熱管理方案評估過程,分別提出二甲基硅油低溫預熱方案、半導體制冷方案以及重力熱管散熱方案,對其進行實驗研究,分析不同熱管理方式下的電芯散熱行為。其次根據(jù)電芯產(chǎn)熱特性設計和制備基于PA/EG/EP體系的復合相變材料,并通過熱物性、力學強度、高低溫沖擊等性能測試綜合確定材料配方問題,進一步根據(jù)材料成型理論設計開發(fā)及改進相應的相變材料成型工藝并組裝電池模組... 

【文章頁數(shù)】：227 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 電池產(chǎn)品應用趨勢
        1.1.1 消費類電池
        1.1.2 儲能電池
        1.1.3 動力電池
    1.2 鋰離子電池技術發(fā)展
        1.2.1 鋰離子電池發(fā)展方向
        1.2.2 正極材料發(fā)展
        1.2.3 負極材料發(fā)展
        1.2.4 電解質(zhì)技術發(fā)展
        1.2.5 隔膜技術發(fā)展
        1.2.6 廢舊電池回收技術發(fā)展
    1.3 電池熱安全與熱管理技術
        1.3.1 電池材料發(fā)展與熱安全
        1.3.2 動力及儲能電池熱失控
        1.3.3 電池外部熱管理技術
        1.3.4 相變冷卻熱管理研究進展
    1.4 本文的目的、意義與研究內(nèi)容
        1.4.1 本文的目的與意義
        1.4.2 本文的研究內(nèi)容
第二章 電池模組開發(fā)過程中的電芯性能研究
    2.1 引言
    2.2 電芯基本電性能測試
        2.2.1 電芯小電流充放電分容研究
        2.2.2 不同SOC下的DCIR測試
    2.3 電芯基本物理性能測試
        2.3.1 滿電狀態(tài)自由跌落實驗測試
        2.3.2 低氣壓冷熱沖擊測試
        2.3.3 滿電狀態(tài)滾筒測試
    2.4 高溫工況下的電性能測試
        2.4.1 高溫工況電儲存性能研究
        2.4.2 高溫工況下充放電性能研究
    2.5 低溫工況下的靜態(tài)容量測試
        2.5.1 低溫工況下的電池微觀機理
        2.5.2 平臺搭建與實驗流程
        2.5.3 低溫工況下充放電性能研究
    2.6 電芯低溫預熱技術探究
        2.6.1 電芯低溫預熱研究進展
        2.6.2 低溫預熱平臺搭建與參數(shù)設置
        2.6.3 性能測試與結(jié)果分析
    2.7 本章小結(jié)
第三章 電芯產(chǎn)熱行為理論研究及數(shù)值分析
    3.1 引言
    3.2 高溫工況下電芯內(nèi)部的熱行為研究
        3.2.1 鋰離子動力電池電化學機理
        3.2.2 高溫下SEI膜反應
        3.2.3 高溫下電解液反應
        3.2.4 高溫下的正極反應
        3.2.5 高溫下負極與黏合劑反應
        3.2.6 溫度與鋰離子電池的關系
    3.3 電芯放電過程熱行為研究
        3.3.1 電芯產(chǎn)熱基本研究思路
        3.3.2 電芯SOC估算方法
        3.3.3 電芯熱數(shù)學模型研究
        3.3.4 電芯傳熱公式評估產(chǎn)熱量研究
        3.3.5 電芯水量熱評估產(chǎn)熱量研究
        3.3.6 電芯瞬時積分評估產(chǎn)熱量研究
    3.4 電芯產(chǎn)熱行為數(shù)值模擬研究
        3.4.1 COMSOL Multiphysiscs (CM)數(shù)值分析
        3.4.2 基于電荷/質(zhì)量平衡的電化學模型機理研究
        3.4.3 基于二維區(qū)域的交替方向隱式方法研究
        3.4.4 基于熱傳遞基本規(guī)律的熱流體模型研究
        3.4.5 電芯產(chǎn)熱行為數(shù)值模擬及誤差分析
    3.5 基于帕爾貼效應的半導體制冷實驗研究
        3.5.1 研究目的
        3.5.2 實驗平臺與流程
        3.5.3 實驗結(jié)果與分析
    3.6 基于重力型熱管的電芯散熱實驗研究
        3.6.1 研究目的
        3.6.2 實驗平臺與流程
        3.6.3 實驗結(jié)果與分析
    3.7 本章結(jié)論
第四章 基于PA/EGEP體系的熱固型相變材料制備和性能研究
    4.1 引言
    4.2 基于石蠟與泡沫金屬耦合傳熱特性研究
        4.2.1 研究目的
        4.2.2 實驗準備
        4.2.3 不同型號電芯的產(chǎn)熱行為研究
        4.2.4 基于PA/CF的電芯熱性能研究
    4.3 PA/EG/EP體系材料的制備工藝研究
        4.3.1 研究目的
        4.3.2 石墨膨化工藝研究
        4.3.3 環(huán)氧樹脂特性研究
        4.3.4 實驗準備
        4.3.5 材料制備工藝研究
    4.4 PA/EG/EP體系復合相變材料的性能分析
        4.4.1 導熱系數(shù)測試與分析
        4.4.2 差式掃描量熱測試與分析
        4.4.3 掃描電鏡測試與分析
        4.4.4 X射線衍射測試與分析
        4.4.5 力學強度測試與分析
        4.4.6 高低溫循環(huán)沖擊測試與分析
        4.4.7 材料性能對照
    4.5 基于相變材料的電池模組樣品散熱研究
        4.5.1 研究目的
        4.5.2 電池模塊開發(fā)過程中的PCM用量計算
        4.5.3 實驗平臺搭建與參數(shù)設置
        4.5.4 不同充放電工況下的溫度趨勢
        4.5.5 循環(huán)工況下的溫度趨勢
    4.6 本章小結(jié)
第五章 46.8V/8.8Ah電池模塊研制、測試與優(yōu)化
    5.1 引言
    5.2 電池模組研制工藝
        5.2.1 相變材料成型與精加工
        5.2.2 電池模塊成組工藝研究
        5.2.3 實驗平臺與測試手段
    5.3 全密封絕熱下電池模組放電過程的熱行為研究
        5.3.1 Blank電池模組放電測試
        5.3.2 PCM電池模組放電測試
        5.3.3 分析對照
    5.4 電池模組放電過程的強制對流散熱實驗
        5.4.1 Blank電池模組不同對流邊界條件放電測試
        5.4.2 PCM電池模組不同對流邊界條件放電測試
        5.4.3 對照與分析
    5.5 電池模組放電過程熱行為數(shù)值分析對照
        5.5.1 兩種電池模組的熱行為數(shù)值模擬
        5.5.2 兩種電池模組不同對流邊界熱行為數(shù)值模擬
    5.6 電池模組充放電循環(huán)過程中的熱行為研究
        5.6.1 Blank電池模組循環(huán)測試
        5.6.2 PCM電池模組循環(huán)測試
        5.6.3 對照與分析
    5.7 基于液冷板換熱的電池模組熱行為仿真優(yōu)化
        5.7.1 研究目的
        5.7.2 數(shù)值模型設計
        5.7.3 邊界條件及參數(shù)
        5.7.4 不同放電倍率下的同向/逆向換熱研究
        5.7.5 高導熱油換熱優(yōu)勢分析
    5.8 本章小結(jié)
結(jié)論和展望
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表的文章
致謝


【參考文獻】：
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本文編號：3662453