本文關(guān)鍵詞：鋰離子動力電池?zé)嵩O(shè)計方法研究

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【摘要】：鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)已成為車用動力電池的主流選擇。然而,車用鋰離子動力電池在使用過程中面臨溫度分布不均勻、局部溫度過高等熱問題,嚴(yán)重影響其性能、壽命和安全。為了應(yīng)對動力電池的熱問題,有必要對單體電池進(jìn)行熱設(shè)計優(yōu)化,以改善電池?zé)崽匦?降低熱管理系統(tǒng)的復(fù)雜性。本文聚焦鋰離子電池單體(而非電池模塊或電池組)在正常狀態(tài)(區(qū)別于熱失控狀態(tài))下的熱問題,從熱參數(shù)估算、熱模擬、熱設(shè)計三個方面開展了系統(tǒng)性的研究。其中,熱參數(shù)的估算結(jié)果是電池?zé)崮M的重要輸入,而電池?zé)崮M是開展熱設(shè)計的必要手段。針對層疊式鋰離子電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),本文提出了基于時域和基于頻域的兩種熱參數(shù)估算方法。在時域方法中,通過測量電池被外熱源加熱后的時域溫度響應(yīng),建立反映實(shí)驗(yàn)過程的傳熱模型,調(diào)整傳熱模型中的參數(shù)以使模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異最小,實(shí)現(xiàn)了比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等多個熱參數(shù)的原位、同步估算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,層疊式電池的導(dǎo)熱系數(shù)具有明顯的各向異性。在頻域方法中,通過測量電池在不同頻率的正弦加熱下的相位分布,利用本文推導(dǎo)的二維熱阻抗譜模型,可以估算電池各向異性的導(dǎo)熱系數(shù)。利用熱參數(shù)的估算結(jié)果,本文建立了層疊式鋰離子電池的多維熱電耦合模型,電池表面多點(diǎn)的溫度測量結(jié)果驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。運(yùn)用經(jīng)過驗(yàn)證的熱電耦合模型,分析了影響層疊式電池溫度分布的原因,發(fā)現(xiàn)極耳與電芯間的熱量交換對電池的溫度分布起主導(dǎo)作用。基于此,本文對熱電耦合模型進(jìn)行了合理簡化,推導(dǎo)了電池展向溫度分布的分析解,結(jié)果與數(shù)值解吻合程度良好。本文還對圓柱卷繞式電池進(jìn)行了熱電耦合模擬,研究了卷繞式電池的溫度分布特征,比較了不同構(gòu)型的電池?zé)崽匦�。利用展向溫度分布的分析解和熱電耦合模型的�?shù)值解,本文對層疊式電池的熱設(shè)計進(jìn)行了優(yōu)化。首先,基于展向溫度分布的分析解,優(yōu)化了同側(cè)和異側(cè)兩種極耳布置方案下的電芯長寬比和極耳位置。其次,基于多維熱電耦合模型的數(shù)值解,建立了針對層疊式電池的熱設(shè)計方法,優(yōu)化了電池的結(jié)構(gòu)尺寸,比較了不同容量電池的熱特性,從熱特性的角度提出了電池容量上限確定方法。本文所提出的熱設(shè)計方法對卷繞式等其他構(gòu)型,或儲能等其他用途的電池也有借鑒意義。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM912

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

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本文編號：1238398