本文關鍵詞：鋰離子動力電池熱設計方法研究

  更多相關文章： 鋰離子電池 熱模擬 熱設計 熱參數(shù) 熱管理

【摘要】：鋰離子電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點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,嚴重影響其性能、壽命和安全。為了應對動力電池的熱問題,有必要對單體電池進行熱設計優(yōu)化,以改善電池熱特性,降低熱管理系統(tǒng)的復雜性。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)的估算結果是電池熱模擬的重要輸入,而電池熱模擬是開展熱設計的必要手段。針對層疊式鋰離子電池的結構特點,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,建立反映實驗過程的傳熱模型,調整傳熱模型中的參數(shù)以使模擬結果與實驗結果的差異最小,實現(xiàn)了比熱容、導熱系數(shù)等多個熱參數(shù)的原位、同步估算。實驗結果表明,層疊式電池的導熱系數(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,利用本文推導的二維熱阻抗譜模型,可以估算電池各向異性的導熱系數(shù)。利用熱參數(shù)的估算結果,本文建立了層疊式鋰離子電池的多維熱電耦合模型,電池表面多點的溫度測量結果驗證了模型的準確性。運用經(jīng)過驗證的熱電耦合模型,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作用�；诖�,本文對熱電耦合模型進行了合理簡化,推導了電池展向溫度分布的分析解,結果與數(shù)值解吻合程度良好。本文還對圓柱卷繞式電池進行了熱電耦合模擬,研究了卷繞式電池的溫度分布特征,比較了不同構型的電池熱特性。利用展向溫度分布的分析解和熱電耦合模型的數(shù)值解,本文對層疊式電池的熱設計進行了優(yōu)化。首先,基于展向溫度分布的分析解,優(yōu)化了同側和異側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計方法,優(yōu)化了電池的結構尺寸,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。本文所提出的熱設計方法對卷繞式等其他構型,或儲能等其他用途的電池也有借鑒意義。
【學位授予單位】：清華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 吳彬;李哲;張劍波;;層疊式鋰離子電池展向溫度分布的分析解及基于分析解的熱設計優(yōu)化[J];中國科學:技術科學;2014年11期

2 李平;安富強;張劍波;王浩然;;電動汽車用鋰離子電池的溫度敏感性研究綜述[J];汽車安全與節(jié)能學報;2014年03期

3 張劍波;吳彬;李哲;;車用動力鋰離子電池熱模擬與熱設計的研發(fā)狀況與展望[J];集成技術;2014年01期

4 方謀;趙驍;陳敬波;尚玉明;李建軍;何向明;毛宗強;;從波音787電池事故分析大型動力電池組的安全性[J];儲能科學與技術;2014年01期

5 張劍波;盧蘭光;李哲;;車用動力電池系統(tǒng)的關鍵技術與學科前沿[J];汽車安全與節(jié)能學報;2012年02期

6 張揚軍,李希浩,黃海燕,盧青春;燃料電池汽車動力系統(tǒng)熱管理[J];汽車工程;2003年06期

，

本文編號：1238398