FSEC電動(dòng)賽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究
發(fā)布時(shí)間：2017-07-19 01:15
本文關(guān)鍵詞：FSEC電動(dòng)賽車(chē)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究
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【摘要】：近幾年隨著全球范圍內(nèi)新能源汽車(chē)發(fā)展的新形勢(shì),大學(xué)生純電動(dòng)方程式汽車(chē)大賽(Formula Student Electric China,FSEC)逐漸在賽車(chē)運(yùn)動(dòng)中得到廣泛的推廣,尤其在高校中最為流行。純電動(dòng)賽車(chē)因運(yùn)動(dòng)的極限性和極端惡劣的賽事工況,其動(dòng)力電池系統(tǒng)極易出現(xiàn)過(guò)熱或散熱不良現(xiàn)象,而電池?zé)峁芾淼难芯颗c應(yīng)用正好可有效的改善這一問(wèn)題,提高賽車(chē)安全性和可靠性。而這之前,很少有結(jié)合FSEC的動(dòng)態(tài)工況對(duì)電動(dòng)賽車(chē)的電池系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究。因此本文將以純電動(dòng)賽車(chē)的鈷酸鋰動(dòng)力電池系統(tǒng)為研究對(duì)象,結(jié)合FSEC動(dòng)態(tài)賽況,通過(guò)設(shè)計(jì)合理的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),確保電池始終工作于能量利用率最高的溫度范圍內(nèi),從而提高賽車(chē)的安全性。本文首先從電池的生熱機(jī)理研究入手,分析了電池生熱量的來(lái)源,并建立了三維電池?zé)崮Ｐ秃秃?jiǎn)化的Bernardi生熱速率模型,采用理論估算手段獲取了電池等效熱物性參數(shù)。搭建了電池內(nèi)阻試驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試獲取了電池的等效內(nèi)阻數(shù)據(jù),為后文的電池?zé)崽匦缘姆治龅於嘶A(chǔ)。基于傳熱與散熱基本理論定性的分析了電池內(nèi)部生熱的換熱過(guò)程,利用ANSYS/thermal有限元熱分析軟件對(duì)電池單體在FSEC動(dòng)態(tài)工況下的溫度特性進(jìn)行了仿真分析。自主設(shè)計(jì)了溫度采集系統(tǒng),并搭建電池組溫度測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)用來(lái)監(jiān)測(cè)電池表面的溫度變化情況。對(duì)比分析仿真結(jié)果與試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù),結(jié)果表明溫度的變化過(guò)程吻合良好,最大誤差不超過(guò)8%,驗(yàn)證了本文建立的電池?zé)崮Ｐ鸵约盁釁?shù)的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。以節(jié)能與輕量化為原則,對(duì)電動(dòng)賽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)完成了容量需求與參數(shù)匹配的計(jì)算。根據(jù)熱力學(xué)理論確定了電池組在FSEC動(dòng)態(tài)賽工況的散熱需求,并基于FSEC規(guī)則要求以及整車(chē)布置完成了電池箱散熱系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。采用了正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法以散熱風(fēng)機(jī)位置、電池組排布等為主要影響因素,以降低電池箱內(nèi)最高溫度為前提,最大化降低溫差為目標(biāo)優(yōu)化了電池散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),并建立了ANSYS/Icepak參數(shù)化的電池箱仿真模型,仿真結(jié)果表明本文的最大溫差減小了40%。最后進(jìn)行了實(shí)體的加工與制造并完成了電池箱的組裝,對(duì)比試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)吻合良好,最大誤差不超過(guò)2℃,表明本文設(shè)計(jì)的電池箱散熱系統(tǒng)可保證賽車(chē)的電池系統(tǒng)在FSEC中散熱性能良好,同時(shí)滿(mǎn)足了賽車(chē)安全性要求,對(duì)未來(lái)方程式電動(dòng)賽車(chē)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：電動(dòng)賽車(chē) 電池?zé)峁芾?/strong> 動(dòng)態(tài)工況 熱分析 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：U469.72
【目錄】：
- 摘要4-5
- ABSTRACT5-9
- 第1章 緒論9-16
- 1.1 課題來(lái)源及研究的意義9-10
- 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析10-15
- 1.2.1 動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀10-11
- 1.2.2 動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)研究現(xiàn)狀11-15
- 1.3 本論文主要研究?jī)?nèi)容15-16
- 第2章 電池?zé)崮Ｐ偷慕?/span>16-25
- 2.1 鋰電池生熱機(jī)理16-17
- 2.2 鋰電池?zé)崮Ｐ偷慕?/span>17-21
- 2.2.1 電池?zé)嵛镄詤?shù)的獲取18-20
- 2.2.2 電池生熱速率模型20-21
- 2.3 電池內(nèi)阻測(cè)試21-24
- 2.4 本章小結(jié)24-25
- 第3章 鋰離子電池單體熱特性分析25-46
- 3.1 熱力學(xué)數(shù)值仿真基本理論25-27
- 3.1.1 傳熱的基本方式25-26
- 3.1.2 ANSYS有限元熱分析26-27
- 3.2 電池溫度場(chǎng)仿真分析27-34
- 3.2.1 仿真模型的建立27-28
- 3.2.2 熱源加載及邊界條件設(shè)置28-29
- 3.2.3 仿真結(jié)果與分析29-34
- 3.3 溫度測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)的搭建34-39
- 3.3.1 溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)34-39
- 3.3.2 溫度測(cè)試平臺(tái)的搭建39
- 3.4 熱模型的驗(yàn)證39-45
- 3.4.1 FSEC動(dòng)態(tài)工況40-43
- 3.4.2 完全放電工況43-45
- 3.4.3 誤差分析45
- 3.5 本章小結(jié)45-46
- 第4章 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化46-72
- 4.1 動(dòng)力電池系統(tǒng)參數(shù)匹配設(shè)計(jì)計(jì)算46-50
- 4.1.1 電池組容量的確定46-48
- 4.1.2 電池組參數(shù)匹配48-50
- 4.1.3 電池組設(shè)計(jì)50
- 4.2 電池組散熱量需求50-52
- 4.2.1 極限大電流恒流工況50-52
- 4.2.2 循環(huán)工況52
- 4.3 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計(jì)52-58
- 4.3.1 風(fēng)扇風(fēng)量和選型53
- 4.3.2 電池箱散熱系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)53-55
- 4.3.3 電池箱溫度場(chǎng)仿真及結(jié)果分析55-58
- 4.4 電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)58-68
- 4.4.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法58
- 4.4.2 電池箱優(yōu)化設(shè)計(jì)58-64
- 4.4.3 優(yōu)化后的電池箱仿真結(jié)果分析64-68
- 4.5 試驗(yàn)驗(yàn)證68-71
- 4.5.1 電池組試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試68-70
- 4.5.2 實(shí)車(chē)調(diào)試設(shè)計(jì)70-71
- 4.6 本章小結(jié)71-72
- 結(jié)論72-74
- 參考文獻(xiàn)74-80
- 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果80-82
- 致謝82
本文編號(hào)：560613
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