本文關鍵詞：電動汽車電池組熱管理系統(tǒng)的研究與設計

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【摘要】：近年來,電動汽車技術在國內外發(fā)展速度日益提高,成為新能源汽車的代表性技術。期間,具有優(yōu)異性能的鋰離子動力電池在電動汽車領域中得到越來越多地應用。但由于技術的制約,采用鋰離子電池作為動力來源的電動汽車在續(xù)航里程、行駛性能等方面不完全媲美傳統(tǒng)燃油汽車,不能滿足實際工況的需求和人們的期望。與其他種類電池相比,鋰離子電池具有電壓高、重量輕、無污染等諸多優(yōu)點。但是鋰離子的工作性能與工作溫度有著密切的聯(lián)系。工作溫度過高時,鋰離子的工作安全性不受保障;工作溫度過低時化學反應速率降低,鋰離子電池的容量降低,對續(xù)航里程和行駛性能有不利的影響。因此,對電池組溫度場控制的研究對保障電動汽車正常工作十分有必要。鋰離子電池在充放電過程中,電池核心區(qū)和內部其他結構等部位會產生熱量,如果熱量不能及時的擴散到外界環(huán)境,則會在電池內部產生熱累積,降低電池性能。適宜的工作溫度是保證鋰電池正常工作的條件。因此,本文針對電動汽車電池組熱管理系統(tǒng)進行探究,并提出了一個有效的散熱系統(tǒng)結構設計。本文首先總結電動汽車、動力電池和電池組熱管理系統(tǒng)的研究現狀。研究了鋰離子電池的組成和熱行為,設計物理實驗研究了電池單體的溫度變化。通過有限元計算獲取相關熱物性參數,建立了電池單體熱模型。比對實驗與仿真結果,證明了模型的有效性。通過仿真分析,研究了不同放電倍率與環(huán)境溫度對電池溫度的影響。運用ANSYS Fluent有限元軟件,模擬鋰離子電池組在液體介質中放電一段時間后的溫度場變化,并與實驗結果進行比對驗證模型。在電池組熱模型的基礎之上,本文設計了幾種不同位置的出入口結構的散熱系統(tǒng)。通過仿真計算比對不同換熱介質的散熱效果,研究表明,采用液體作為換熱介質,其散熱效果明顯優(yōu)于空氣介質。同時,通過比較三種不同結構模型的仿真結果,證明不同的流道設計會在一定程度上改變散熱結構的流動特性和換熱特性。在相同的入口流量下,采用對角線出入口的冷卻系統(tǒng)能將電池組的平均溫度降到更低,最大溫差在5℃以內。通過調節(jié)冷卻液流量,可以將最高溫和溫度差繼續(xù)降低,能夠達到理想的散熱效果。在此基礎上,本文對電池組散熱系統(tǒng)的各個部件進行了比較詳細的結構設計,包括電池組的箱體、支架等。繪制出了實際應用結構的三維模型,對研究與設計以液體作為散熱介質的電動汽車電池組熱管理系統(tǒng)具有一定的參考價值。
【關鍵詞】：電動汽車 小單體電池 電池組 熱管理 有限元
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 電動汽車發(fā)展現狀11-13
• 1.2 動力電池發(fā)展現狀13-15
• 1.3 電動汽車電池組熱管理系統(tǒng)15-22
• 1.3.1 電池組熱管理系統(tǒng)的意義15-17
• 1.3.2 電池組熱管理系統(tǒng)的分類17-19
• 1.3.3 電池組熱管理系統(tǒng)的研究現狀19-22
• 1.4 本文的研究內容、研究方法及研究意義22-25
• 第2章 鋰離子電池熱特性研究25-37
• 2.1 鋰離子電池的結構與工作原理25-31
• 2.1.1 鋰離子電池的特點25-26
• 2.1.2 鋰離子電池的分類及結構26-27
• 2.1.3 鋰離子電池的工作原理27-29
• 2.1.4 鋰離子電池的熱行為29-31
• 2.2 鋰離子電池熱物理參數的計算31-36
• 2.2.1 鋰離子電池生熱速率的計算方法33-34
• 2.2.2 導熱系數的計算34-36
• 2.2.3 比熱容的計算36
• 2.3 本章小結36-37
• 第3章 鋰離子電池單體熱特性分析37-57
• 3.1 鋰離子電池充放電升溫實驗37-43
• 3.1.1 實驗設備38-40
• 3.1.2 實驗方案40-41
• 3.1.3 實驗數據整理41-43
• 3.2 鋰離子電池單體溫度場建模43-47
• 3.2.1 鋰離子電池單體有限元模型建立43-46
• 3.2.2 鋰離子電池生熱率計算46
• 3.2.3 鋰離子電池比熱容和導熱系數的獲取46-47
• 3.3 鋰離子電池單體溫度場理論研究47-50
• 3.4 仿真結果分析50-52
• 3.5 不同條件對電池單體溫度分布的影響52-56
• 3.5.1 放電倍率對電池單體溫度的影響52-54
• 3.5.2 不同環(huán)境溫度對電池單體溫度的影響54-56
• 3.6 本章小結56-57
• 第4章 鋰離子電池組溫度場分析57-67
• 4.1 電池組溫升試驗57-60
• 4.1.1 實驗設備57-59
• 4.1.2 電池組溫度分布分析59-60
• 4.2 電池組溫度場仿真分析60-65
• 4.2.1 電池組結構模型的建立60-62
• 4.2.2 仿真模型的離散化處理62-63
• 4.2.3 冷卻介質的模型及流態(tài)63
• 4.2.4 邊界條件和熱物性參數的設定63
• 4.2.5 電池組散熱結構的仿真計算63-65
• 4.3 本章小結65-67
• 第5章 電池組熱管理系統(tǒng)結構設計與仿真67-83
• 5.1 電池組熱管理系統(tǒng)結構的設計67-68
• 5.2 電池組熱管理系統(tǒng)結構的仿真68-78
• 5.2.1 電池組熱管理系統(tǒng)的仿真參數設置68-73
• 5.2.2 電池組熱管理系統(tǒng)散熱性能仿真計算73-76
• 5.2.3 介質流量對熱管理系統(tǒng)散熱效果的影響76-78
• 5.3 電池組散熱系統(tǒng)應用模型的構建78-81
• 5.4 本章小結81-83
• 第6章 總結與展望83-85
• 6.1 論文工作總結83-84
• 6.2 研究展望84-85
• 參考文獻85-91
• 致謝91

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