動(dòng)力電池的熱安全問題是電動(dòng)汽車所面臨的關(guān)鍵問題之一,為保證電池的熱安全本文設(shè)計(jì)了一種動(dòng)力電池散熱系統(tǒng),同時(shí)研究了散熱系統(tǒng)的流場分布情況對(duì)于電池溫度特性的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)散熱系統(tǒng)的流場分布越均勻其對(duì)電池的冷卻效果越好。本文以三元方形電池為研究對(duì)象,在分析單體電池的生熱機(jī)理和傳熱機(jī)理的基礎(chǔ)上,建立了電池單體的導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型,研究得到單體電池在放熱過程中的發(fā)熱率及熱物性參數(shù)。并通過數(shù)值方法和實(shí)驗(yàn)方法得到電池的溫度差異小于6%,由此判斷數(shù)值方法的可靠性。在建立電池組簡化模型的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了不同流道形式的多種散熱結(jié)構(gòu)。其中之一采用Lagrangian數(shù)乘法在結(jié)構(gòu)體積不變的約束下使得流體能耗最優(yōu)化,由此設(shè)計(jì)出了一種以樹狀分形為流體分配方式的散熱結(jié)構(gòu)。使用STAR-CCM+軟件對(duì)各個(gè)模型進(jìn)行仿真,結(jié)果表明:散熱結(jié)構(gòu)的流量分布越均勻則電池模組的溫度一致性越好,模組的表面溫度也最低。同時(shí)分析了電池放電倍率、環(huán)境溫度、冷卻液流速這三種因素對(duì)于電池溫度場的影響情況,其中電池放電倍率因素的所占權(quán)重最大。在冷卻液流速分別為0.435m/s、0.541 m/s、0.645 m/s時(shí),電池表面的最高溫度相差在0.2℃以... 

【文章來源】：中北大學(xué)山西省

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

自熱風(fēng)冷式工作過程

中北大學(xué)學(xué)位論文4在冷卻時(shí)主動(dòng)風(fēng)冷方式會(huì)有較大的壓力損耗，以及電池間溫度分布不均勻等問題產(chǎn)生，這是由于其受外部的環(huán)境溫度影響較大和空氣較低的熱導(dǎo)率等因素的影響。圖1-2強(qiáng)制風(fēng)冷式工作過程Figure1-2Forcedair-cooledworkprocessAhmed[7]等人設(shè)計(jì)了串行和并行兩種送風(fēng)方式（圖1-3），得出并行送風(fēng)通過使用楔形進(jìn)出口的方法可減小電池組間的溫度差異。Mahamud[8]等研究了采用控制翻板閥門來調(diào)節(jié)冷卻氣體的流向，以達(dá)到降低包內(nèi)溫度及不均勻情況。梁昌杰[9]則研究了在電池包內(nèi)增加各式擾流板對(duì)其散熱能力的影響，得出加裝擾流板可提高其效果。圖1-3主動(dòng)式風(fēng)冷進(jìn)風(fēng)方式示意：(a)串行送風(fēng)方式，(b)并行送風(fēng)方式Figure1-3Schematicdiagramofactiveair-cooledairintake:(a)serialairsupply,(b)parallelairsupply液體冷卻主要為液體直接或間接接觸電池帶走熱量的方式，通常要求液體擁有較高的導(dǎo)熱系數(shù)。直接接觸方案為直接將電池放在液體中，液體通常采用硅基油、礦物油等有機(jī)油類，因?yàn)榇祟愐后w滿足絕緣和導(dǎo)熱系數(shù)高的要求，此類介質(zhì)通常其黏度較大、流動(dòng)性能弱的特性，不利于換熱。間接接觸式的傳輸介質(zhì)一般為水、乙二醇、水和乙二醇的混合物等，此類物質(zhì)的換熱系數(shù)高同時(shí)流動(dòng)性強(qiáng)，不過由于其不具有絕緣性，為避免液體泄漏發(fā)生電池短路，須保證管道的密封性。因此該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為繁雜，成本亦相應(yīng)較高。

中北大學(xué)學(xué)位論文4在冷卻時(shí)主動(dòng)風(fēng)冷方式會(huì)有較大的壓力損耗，以及電池間溫度分布不均勻等問題產(chǎn)生，這是由于其受外部的環(huán)境溫度影響較大和空氣較低的熱導(dǎo)率等因素的影響。圖1-2強(qiáng)制風(fēng)冷式工作過程Figure1-2Forcedair-cooledworkprocessAhmed[7]等人設(shè)計(jì)了串行和并行兩種送風(fēng)方式（圖1-3），得出并行送風(fēng)通過使用楔形進(jìn)出口的方法可減小電池組間的溫度差異。Mahamud[8]等研究了采用控制翻板閥門來調(diào)節(jié)冷卻氣體的流向，以達(dá)到降低包內(nèi)溫度及不均勻情況。梁昌杰[9]則研究了在電池包內(nèi)增加各式擾流板對(duì)其散熱能力的影響，得出加裝擾流板可提高其效果。圖1-3主動(dòng)式風(fēng)冷進(jìn)風(fēng)方式示意：(a)串行送風(fēng)方式，(b)并行送風(fēng)方式Figure1-3Schematicdiagramofactiveair-cooledairintake:(a)serialairsupply,(b)parallelairsupply液體冷卻主要為液體直接或間接接觸電池帶走熱量的方式，通常要求液體擁有較高的導(dǎo)熱系數(shù)。直接接觸方案為直接將電池放在液體中，液體通常采用硅基油、礦物油等有機(jī)油類，因?yàn)榇祟愐后w滿足絕緣和導(dǎo)熱系數(shù)高的要求，此類介質(zhì)通常其黏度較大、流動(dòng)性能弱的特性，不利于換熱。間接接觸式的傳輸介質(zhì)一般為水、乙二醇、水和乙二醇的混合物等，此類物質(zhì)的換熱系數(shù)高同時(shí)流動(dòng)性強(qiáng)，不過由于其不具有絕緣性，為避免液體泄漏發(fā)生電池短路，須保證管道的密封性。因此該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為繁雜，成本亦相應(yīng)較高。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]超臨界流體Z型并聯(lián)管組流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)研究[J]. 趙于,胡曉瑋,劉紅楊,劉云云,畢勤成.  陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào). 2019(06)
[2]新能源汽車技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)分析[J]. 侯濤,徐佳.  時(shí)代汽車. 2018(07)
[3]高安全高比能量動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)路線探索[J]. 曹勇,嚴(yán)長青,王義飛,李道聰,林少雄,梁大宇,代北北,胡攀攀,卞林,楊續(xù)來,徐興無.  儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù). 2018(03)
[4]暖風(fēng)器集箱系統(tǒng)并聯(lián)管組流量偏差因素的研究[J]. 徐黨旗,侯遜,姬海民,張知翔,周飛,鄒小剛,趙治平.  中國電力. 2018(02)
[5]帶隔板并聯(lián)管組流量分配特性的數(shù)值模擬[J]. 段飛,陳良才.  管道技術(shù)與設(shè)備. 2016(04)
[6]并聯(lián)管組流體特性分析及均流模型設(shè)計(jì)[J]. 楊程,劉宏昭,原大寧.  太陽能學(xué)報(bào). 2015(07)
[7]支路阻抗可調(diào)并聯(lián)管路流量均布實(shí)驗(yàn)研究[J]. 萬智華,王國平,陳宏振,蘇長滿,陳建.  實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù). 2015(03)
[8]LiFePO4動(dòng)力電池?zé)嵛镄詼y定及溫升特性研究[J]. 林堅(jiān)生,宋文吉,高日新,馮自平.  電源技術(shù). 2015(04)
[9]基于液體冷卻和加熱的電動(dòng)汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)(英文)[J]. 袁昊,王麗芳,王立業(yè).  汽車安全與節(jié)能學(xué)報(bào). 2012(04)
[10]并聯(lián)管組內(nèi)流量均勻分布的數(shù)學(xué)模型[J]. 別玉,胡明輔,毛文元,常靜華.  動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2011(04)

博士論文
[1]微電網(wǎng)中電動(dòng)汽車儲(chǔ)能優(yōu)化控制及儲(chǔ)能梯級(jí)利用研究[D]. 吳盛軍.東南大學(xué) 2017
[2]鋰離子電池?cái)?shù)值模型研究[D]. 馮毅.中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所） 2008

碩士論文
[1]車載動(dòng)力電池組熱管理仿真模擬與優(yōu)化[D]. 侯大鵬.浙江大學(xué) 2017
[2]熱耦合并聯(lián)通道中超臨界碳?xì)淙剂狭髁糠峙渑c熱特性研究[D]. 徐亞興.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]液冷式電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)及其正交優(yōu)化[D]. 邱安.湖南大學(xué) 2017
[4]電動(dòng)汽車電池檢測與容量估算的研究[D]. 劉小東.天津理工大學(xué) 2017
[5]二氧化碳微通道平行流氣冷器流量分配特性研究[D]. 張蒙蒙.鄭州大學(xué) 2015
[6]鋰離子電池鈦酸鋰負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D]. 張勇.重慶大學(xué) 2015
[7]基于熱管技術(shù)的汽車動(dòng)力電池組熱控系統(tǒng)研究[D]. 陳維.華南理工大學(xué) 2014
[8]混合動(dòng)力車用鋰電池組液體冷卻散熱機(jī)理研究[D]. 張上安.湖南大學(xué) 2013



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