本文關(guān)鍵詞：電動汽車鋰離子電池電化學(xué)—熱場耦合模型研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鋰離子動力電池是未來新能源汽車的主要電化學(xué)動力源。為在車載環(huán)境下有效輸出能量,必須依據(jù)鋰離子動力電池的電化學(xué)特性來控制電池的輸出功率。單純依靠試驗(yàn)標(biāo)定的方法獲取電池的電化學(xué)參數(shù)費(fèi)時費(fèi)力,需要建立鋰離子動力電池的電化學(xué)模型,根據(jù)模型的表現(xiàn)來對鋰離子動力電池進(jìn)行控制。同時,鋰離子動力電池的車載工況下產(chǎn)生熱量,需要設(shè)計相應(yīng)的熱管理系統(tǒng)進(jìn)行有效散熱。熱管理系統(tǒng)的設(shè)計也不能完全通過試驗(yàn)試錯進(jìn)行,需要建立鋰離子動力電池的熱模型,以提高熱管理系統(tǒng)設(shè)計的效率。鋰離子動力電池的電化學(xué)特性與熱特性總是耦合在一起,因此,需要建立鋰離子動力電池的電化學(xué)-熱場耦合模型,從而有效地指導(dǎo)電池管理系統(tǒng)的設(shè)計工作。為建立鋰離子動力電池的電化學(xué)-熱場模型,選取8Ah的鋁塑膜鋰離子動力動力電池,進(jìn)行了不同環(huán)境溫度和不同放電倍率條件下的測試。分析測試結(jié)果,得出該款鋰離子動力電池的電化學(xué)特性以及熱場分布特性。同時,進(jìn)行了模擬實(shí)際工況的變電流測試,獲得了該款動力電池的基本性能。根據(jù)不同環(huán)境溫度和不同放電倍率條件下的測試結(jié)果,基于偽二維模型,建立了鋰離子動力電池的電化學(xué)模型。所建立的模型能夠較好地模擬動力電池在不同環(huán)境溫度和不同放電倍率條件下的電化學(xué)特性,模型仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果擬合較好,放電容量和電壓誤差都在3%以內(nèi)。模型對于實(shí)際的變電流測試工況也有很好的模擬精度,電壓誤差在1%以內(nèi),說明所建立的模型具有較高的可信度。對于試驗(yàn)標(biāo)定后的電化學(xué)模型進(jìn)行了12個可調(diào)關(guān)鍵物理參數(shù)的模型仿真分析,討論了不同物理參數(shù)對于電化學(xué)模型仿真結(jié)果的影響程度。結(jié)果表明,正負(fù)極最大可嵌入鋰濃度、正負(fù)極長度、正負(fù)極初始嵌入鋰濃度、1C充放電面平均電流密度于電池容量和電池電壓的仿真結(jié)果影響較大。1C充放電面電流密度、隔膜厚度和初始電解質(zhì)鹽濃度對于電池電化學(xué)性能的影響存在邊界值。進(jìn)一步地,使用熱平衡方程,在已建立的電化學(xué)模型的基礎(chǔ)上建立了鋰離子動力電池的電化學(xué)-熱場模型。熱模型所模擬的電池的溫升趨勢與試驗(yàn)測量得到的趨勢相似,仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果能夠較好擬合。還分析了電化學(xué)模型中部分參數(shù)和熱模型中可調(diào)參數(shù)對熱模型的影響,發(fā)現(xiàn)電池表面散熱系數(shù)、1C充放電面平均電流密度、正負(fù)極長度、負(fù)極最大可嵌入鋰濃度對電池累積溫升影響較大,正極最大可嵌入鋰濃度、電池密度和電池比熱容對電池模型溫升情況的影響主要在于瞬態(tài)溫升速率上,對于穩(wěn)態(tài)的累積溫升的影響相對較小,可以忽略不計。
【關(guān)鍵詞】：電動汽車 鋰離子動力電池 電化學(xué)模型 熱模型 熱電耦合模型
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 發(fā)展電動汽車的意義12-14
• 1.2 動力電池技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3 鋰離子動力電池的工作原理16-17
• 1.4 鋰離子動力電池模型分類17-18
• 1.5 鋰離子動力電池多物理場模型的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.6 COMSOL Multiphysics軟件簡介21-22
• 1.7 課題的主要研究內(nèi)容22-23
• 第2章 鋰離子動力電池試驗(yàn)研究23-38
• 2.1 電池參數(shù)與試驗(yàn)儀器23-25
• 2.2 試驗(yàn)設(shè)計25-29
• 2.2.1 電池最大可用容量測試25
• 2.2.2 不同放電倍率不同環(huán)境溫度下的放電試驗(yàn)25-26
• 2.2.3 HPPC試驗(yàn)26-28
• 2.2.4 UDDS工況試驗(yàn)28-29
• 2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析29-37
• 2.3.1 不同放電倍率對電池放電特性的影響29
• 2.3.2 不同環(huán)境溫度對電池放電特性的影響29-30
• 2.3.3 不同溫度下的充放電內(nèi)阻30-31
• 2.3.4 溫度分布試驗(yàn)31-36
• 2.3.5 實(shí)際道路運(yùn)行時的電池響應(yīng)情況36-37
• 2.4 本章小結(jié)37-38
• 第3章 鋰離子動力電池電化學(xué)建模38-46
• 3.1 理論建模38-40
• 3.2 正負(fù)極平衡電勢與化學(xué)計量比的關(guān)系40-41
• 3.3 電化學(xué)模型的常溫驗(yàn)證41
• 3.4 電化學(xué)模型隨溫度的變化41-44
• 3.5 模型UDDS工況應(yīng)用驗(yàn)證44-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 第4章 鋰離子動力電池電化學(xué)模型的參數(shù)敏感性分析46-75
• 4.1 電化學(xué)模型中可調(diào)參數(shù)46-47
• 4.2 可調(diào)參數(shù)對模型電化學(xué)特性的影響47-74
• 4.2.1 1C充放電面平均電流密度對電化學(xué)模型的影響47-49
• 4.2.2 負(fù)極長度對電化學(xué)模型的影響49-52
• 4.2.3 正極長度對電化學(xué)模型的影響52-54
• 4.2.4 隔膜厚度對電化學(xué)模型的影響54-56
• 4.2.5 負(fù)極粒子半徑對電化學(xué)模型的影響56-58
• 4.2.6 正極粒子半徑對電化學(xué)模型的影響58-59
• 4.2.7 SEI膜內(nèi)阻對電化學(xué)模型的影響59-61
• 4.2.8 初始的電解質(zhì)鹽濃度對電化學(xué)模型的影響61-64
• 4.2.9 負(fù)極最大可嵌入鋰濃度對電化學(xué)模型的影響64-66
• 4.2.10 正極最大可嵌入鋰濃度對電化學(xué)模型的影響66-68
• 4.2.11 負(fù)極初始嵌入鋰濃度對電化學(xué)模型的影響68-71
• 4.2.12 正極初始嵌入鋰濃度對電化學(xué)模型的影響71-74
• 4.3 本章小結(jié)74-75
• 第5章 鋰離子動力電池?zé)犭婑詈夏Ｐ脱芯?/span>75-92
• 5.1 熱電耦合模型的原理75-76
• 5.2 鋰離子動力電池?zé)崮Ｐ突痉匠?/span>76
• 5.3 熱模型與試驗(yàn)匹配驗(yàn)證76-78
• 5.4 模型參數(shù)敏感性分析78-90
• 5.4.1 1C充放電面平均電流密度對熱模型的影響79-80
• 5.4.2 負(fù)極長度對熱模型的影響80-81
• 5.4.3 正極長度對熱模型的影響81-82
• 5.4.4 負(fù)極最大可嵌入鋰濃度對熱模型的影響82-83
• 5.4.5 正極最大可嵌入鋰濃度對熱模型的影響83-84
• 5.4.6 電池密度 ρ 對熱模型的影響84-85
• 5.4.7 電池比熱容Cp對熱模型的影響85-87
• 5.4.8 電池表面散熱系數(shù)hconv對熱模型的影響87-90
• 5.5 本章小結(jié)90-92
• 結(jié)論92-95
• 全文總結(jié)92-93
• 論文創(chuàng)新點(diǎn)93-94
• 展望94-95
• 參考文獻(xiàn)95-99
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單99-100
• 致謝100

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