【摘要】：動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的心臟,是新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵,而鋰離子電池因具有能量密度高、性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用最為廣泛。然而鋰離子電池充、放電為電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程,其性能、壽命及安全性很大程度上取決于其工作溫度。為保證鋰電池在電動(dòng)汽車復(fù)雜多變的行駛工況下的性能、壽命及安全性,需使其工作在適宜的工作溫度。電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)作為電池系統(tǒng)溫度的控制,其重要作用在于保障動(dòng)力電池組在高溫環(huán)境、低溫環(huán)境、高倍率放電工況等復(fù)雜嚴(yán)苛條件下功率輸出和使用壽命,乃至熱力安全性。因此,電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的性能優(yōu)劣對(duì)于動(dòng)力電池功率輸出和使用壽命至關(guān)重要。本論文研究工程應(yīng)用中單體生熱計(jì)算方法,并通過(guò)對(duì)比不同的循環(huán)工況,選取合適的熱管理評(píng)價(jià)工況,以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)熱管理設(shè)計(jì)是否能夠滿足電池性能需求。并利用商業(yè)CFD軟件(star ccm+)對(duì)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行流場(chǎng)及溫度場(chǎng)分析,并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)冷卻板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體研究?jī)?nèi)容如下:(1)本文闡述了研究電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的意義,系統(tǒng)總結(jié)國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的研究現(xiàn)狀及不足之處。通過(guò)對(duì)標(biāo)國(guó)內(nèi)外典型車型熱管理系統(tǒng)方案及電池系統(tǒng)發(fā)展方向,總結(jié)出液冷熱管理系統(tǒng)逐步成為主流發(fā)展趨勢(shì)。(2)分析鋰離子電池的工作原理及其傳熱和生熱模型,識(shí)別生熱計(jì)算所需參數(shù)—開路電壓OCV及內(nèi)阻R及行駛工況下的電流I。本文先基于HPPC測(cè)試獲取不同SOC下內(nèi)阻R及開路電壓OCV數(shù)據(jù);收集國(guó)內(nèi)外常用城市工況,通過(guò)比較不同工況下所需的RMS電流,確定選用US06工況作為熱管理系統(tǒng)評(píng)價(jià)工況。(3)基于動(dòng)力電池邊界,設(shè)計(jì)電池系統(tǒng)方案,并計(jì)算電池系統(tǒng)在US06工況下的生熱量�；陔姵厣鸁徇x擇熱管理系統(tǒng),并設(shè)計(jì)冷卻板及內(nèi)部流道,保證其系統(tǒng)盡可能溫度均勻,同時(shí)設(shè)計(jì)加熱系統(tǒng)方案,為PTC選型提供依據(jù)。(4)利用商業(yè)CFD分析軟件star ccm+建立熱管理系統(tǒng)仿真模型,先對(duì)流道流場(chǎng)進(jìn)行分析,得到不同流量下流道的壓降,確定冷卻系統(tǒng)最大流量。而后對(duì)熱管理系統(tǒng)溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明單個(gè)芯體平均生熱功率3.29時(shí),最高電芯溫度35.70℃,最低電芯溫度為31.85℃。芯體最大溫差3.85℃,滿足設(shè)計(jì)要求。(5)試制動(dòng)力電池系統(tǒng)樣件,并設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)驗(yàn)證試驗(yàn),得到電池在US06工況下電池最高溫度38℃,最大溫差5℃,達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。而后設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)標(biāo)定試驗(yàn),對(duì)冷卻流量、冷卻液入口溫度及冷卻開啟溫度進(jìn)行標(biāo)定。
【圖文】：

圖 1.1 不同溫度下電池許用功率曲線圖 1.2 不同溫度下電池循環(huán)壽命曲線性是制約鋰離子電池在高能量/高功率領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵性因素。當(dāng)電池放電時(shí)，鋰離子電池負(fù)極電化學(xué)極化明顯加劇，發(fā)生負(fù)極析鋰現(xiàn)象，短路，埋下安全隱患；而溫度較高時(shí)，鋰離子電池正極晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性池?zé)崾Э兀瑥亩l(fā)冒煙，，起火、爆炸等破壞性行為，危害人身安全 1 日，一輛特斯拉 Model S 在美國(guó)華盛頓州肯特（Kent）的公路上碰撞

圖 1.2 不同溫度下電池循環(huán)壽命曲線性是制約鋰離子電池在高能量/高功率領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵性因素。當(dāng)電放電時(shí)，鋰離子電池負(fù)極電化學(xué)極化明顯加劇，發(fā)生負(fù)極析鋰現(xiàn)象短路，埋下安全隱患；而溫度較高時(shí)，鋰離子電池正極晶格結(jié)構(gòu)穩(wěn)定池?zé)崾Э�，從而引發(fā)冒煙，起火、爆炸等破壞性行為，危害人身安1 日，一輛特斯拉 Model S 在美國(guó)華盛頓州肯特（Kent）的公路上碰[3]，引發(fā)對(duì)于電動(dòng)車安全性的質(zhì)疑。車用鋰離子電池包（pack）往往由數(shù)百個(gè)電芯串并聯(lián)而成，由于電性及各電芯散熱條件不一致，進(jìn)而導(dǎo)致各電芯產(chǎn)熱速率及散熱速率存統(tǒng)各單體間存在溫度梯度。由于電芯在不同溫度下的容量存在差異、放電過(guò)程中各電芯的充、放電深度不一致，會(huì)導(dǎo)致某些電芯發(fā)生影響電池系統(tǒng)容量。因此，溫度均衡對(duì)電池系統(tǒng)性能及壽命具有重車用鋰離子動(dòng)力電池的使用環(huán)境溫度很廣（-30-50 ℃），且大型化、力電池在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致電池組的散熱能力遠(yuǎn)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U469.72

【參考文獻(xiàn)】

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1 朱聰;李興虎;宋凌s

本文編號(hào)：2596233