本文關鍵詞：動力電池成組高效冷暖裝置研制與流變熱控性實驗研究

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【摘要】：隨著能源與環(huán)境問題的日益嚴峻，世界各國加大了對新能源汽車的研發(fā)力度。動力電池作為新能源汽車的“心臟”迎來了新的發(fā)展機遇，同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。由于電池為電化學反應裝置，其對溫度及溫度一致性要求極為苛刻，，而動力電池成組后對溫度的控制難度成倍增加，所以能否研制出高效的電池熱管理系統(tǒng)成為了制約新能源汽車發(fā)展的主要技術瓶頸。 研究工作在總結了動力電池發(fā)展概況的基礎之上，對國內(nèi)外在動力電池熱管理領域的研究進行了進一步歸納。動力電池熱管理系統(tǒng)按換熱介質分為空氣式、液體式和相變材料式三種，工程應用以空氣式熱管理系統(tǒng)為主，液體式熱管理系統(tǒng)由于換熱效率高、溫度一致性好、能量可回收利用等特點正逐步取代前者。 目前液體式熱管理系統(tǒng)還是以冷卻盤整板式冷卻散熱為主，預熱方面研究較少，且主要為PTC加熱。本文從電池包輕量化的角度，針對鋰電池中使用最為廣泛的兩種結構類型電池分別設計了管束式冷暖換熱裝置，即片狀電池扁管束式液流換熱裝置和柱狀電池管束軟接觸式液流換熱裝置。然后搭建了液流循環(huán)實驗系統(tǒng)，進行了熱控性實驗，實驗中通過控制改變循環(huán)液流量、液流入口溫度，從而應對不同的電池組熱負荷/放電倍率及初始溫度，著重尋求最有效的電池成組冷暖裝置換熱效果及溫度分布一致性調控方法。 研究者首先進行了片狀模擬電池扁管束結構性能實驗，提出了提高電池溫均性的改進措施，即鋪設高導熱襯墊的方式。改進后電池冷卻平衡響應時間和預熱時間均縮短了55%左右，溫均性提高了78%。隨后對改進扁管束結構和管束軟接觸結構進行基本特性實驗，結果表明，改進后扁管束結構冷卻時平衡溫度為33℃、最大溫差為2.3℃，預熱僅需90s；管束軟接觸結構，冷卻時平衡溫度為27℃、最大溫差為3.4℃，預熱需要5.5min。 熱控實驗主要通過改變液體介質流量和入口溫度來實現(xiàn)。實驗表明，在所選定的流量工況范圍內(nèi)，流量因素對冷卻過程影響較��；對預熱過程影響相對較大，其中流量由3L/min增大到7L/min時，預熱時間將縮短30%左右。對于扁管束及管束軟接觸兩種結構，液流入口溫度對冷卻和預熱均有較為明顯的影響。冷卻時，入口溫度越低冷卻響應越快，平衡溫度越低；預熱時，入口溫度越高加熱響應越快。但是，對于管束結構過低或過高的入口溫度將不利于電池體溫均性或換熱效果。因此，在管束和整板換熱結構中，需進一步權衡電池包輕量化與換熱響應和溫均性的作用影響。 電池構造體始溫度主要影響預熱特性，初始溫度越高預熱越迅速，因此為了提高駕駛員時間利用效率及減少預熱時能量消耗，需要對電池組進行保溫處理。兩種結構在電池大熱負荷/大倍率放電時依然具有很好的換熱效果，可滿足新能源汽車各種行駛工況的需求。 在進行冷卻實驗時，液流入口溫度與電池溫度差異較大時會出現(xiàn)冷沖擊現(xiàn)象，為此提出了梯級冷卻的方式對電池組進行冷卻，可減少冷沖擊現(xiàn)象的發(fā)生。
【關鍵詞】：電池成組 液流循環(huán) 換熱結構 熱管理 傳熱
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM912
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 緒論13-27
• 1.1 新能源汽車發(fā)展背景13-14
• 1.2 動力電池簡介14-19
• 1.2.1 動力電池基本要求14-16
• 1.2.2 動力電池發(fā)展歷程16-18
• 1.2.3 動力電池成組技術18-19
• 1.3 電池組熱管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀19-24
• 1.3.1 電池生熱19-20
• 1.3.2 電池組熱管理系統(tǒng)20-21
• 1.3.3 電池組熱管理發(fā)展21-24
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容24-27
• 第2章 電池成組液流結構設計及其實驗系統(tǒng)27-47
• 2.1 成組液流結構設計27-32
• 2.1.1 片狀電池扁管束結構27-29
• 2.1.2 柱狀電池管束軟接觸結構29-32
• 2.2 性能實驗裝備32-43
• 2.2.1 充放電系統(tǒng)32-36
• 2.2.2 液流實驗構成36-39
• 2.2.3 實驗環(huán)境過程39-40
• 2.2.4 參數(shù)測量及數(shù)據(jù)采集40-43
• 2.3 實驗方法43-45
• 2.3.1 工況設定43-44
• 2.3.2 分析指標44-45
• 2.4 本章小結45-47
• 第3章 片狀模擬電池扁管束結構性能分析47-69
• 3.1 換熱基本特性47-51
• 3.1.1 冷卻過程47-50
• 3.1.2 預熱過程50-51
• 3.2 高導熱襯墊性能改進分析51-56
• 3.2.1 高導熱結構選擇52-53
• 3.2.2 改進后換熱基本特性53-56
• 3.3 液流量影響特性56-58
• 3.3.1 冷卻過程56-58
• 3.3.2 預熱過程58
• 3.4 液流入口溫度影響特性58-61
• 3.4.1 冷卻過程58-60
• 3.4.2 預熱過程60-61
• 3.5 電池構造體初始溫度影響61-62
• 3.5.1 冷卻過程61-62
• 3.5.2 預熱過程62
• 3.6 電池熱負荷影響62-63
• 3.7 冷沖擊及其梯級冷卻應對63-67
• 3.7.1 冷沖擊現(xiàn)象64-66
• 3.7.2 梯級冷卻效果66-67
• 3.8 本章小結67-69
• 第4章 柱狀電池管束軟接觸結構性能分析69-81
• 4.1 換熱基本特性69-72
• 4.1.1 冷卻過程69-71
• 4.1.2 預熱過程71-72
• 4.2 液流量影響特性72-74
• 4.2.1 冷卻過程72-73
• 4.2.2 預熱過程73-74
• 4.3 液流入口溫度影響特性74-76
• 4.3.1 冷卻過程74-75
• 4.3.2 預熱過程75-76
• 4.4 電池構造體初始溫度影響76-77
• 4.5 放電倍率影響77-78
• 4.6 本章小結78-81
• 第5章 結論與展望81-85
• 5.1 結論81-82
• 5.2 工作展望82-85
• 參考文獻85-91
• 作者簡介及科研成果91-93
• 致謝93

【參考文獻】

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本文編號：614689