纯电动汽车锂离子电池热效应及电池组散热结构优化

【摘要】：纯电动汽车结构简单，维修方便，操作性能好，与传统燃油汽车相比具有无振动、无噪声、无排放污染等优点，发展前景广阔，已成为未来汽车行业重要发展方向之一。动力电池作为纯电动汽车的唯一储能元件，直接影响到纯电动汽车的整车性能。锂离子电池具有电压平台高，能量密度大、功率密度高、循环寿命长、自放电率低、污染少等优点，成为纯电动汽车的优选电池。 在纯电动车辆正常运行中，锂离子动力电池组伴随着充放电会产生大量的热，如果这些热量不能够及时散失掉将导致电池组内部温度不断升高及温度分布不均匀，从而降低电池的使用性能、循环寿命及安全性。所以，为保证电池性能的稳定性,既要使得电池组的工作温度保持在适宜的临界温度之下，也要控制内部温差在一定范围内。因此，建立电池热效应分析的理论模型，利用数值仿真技术（CFD）模拟计算电池单体和电池组在不同使用条件下的温度场分布,预测电池组散热性能并进行散热结构优化，对电池性能的充分发挥具有重要的现实意义。本文运用实验验证和CFD技术相结合的方法，分析了不同条件下锂离子电池单体的温升，基于不同循环工况分析了电池组动态性能，并对锂离子动力电池组的温度场进行了建模和数值计算，最后提出了使电池组散热流场和温度场分布均匀的改进措施。 本文研究工作主要有以下几方面： ①对不同充放电倍率下锂离子电池单体温升进行实验分析，并对其不同温度下充放电过程内阻变化和开路电压变化进行测试研究； ②分析锂离子电池的发热机理和传热特性，根据传热学理论建立了锂离子电池热效应模型，并对电池单体充放电过程温度场分布进行了数值模拟； ③借助汽车仿真软件ADVISOR建立了锂离子电池组仿真模型，对不同循环工况及特殊工况下电池组动态特性进行仿真分析，并利用该模型得到了电池组实时生热速率及生热量变化； ④采用CFD技术，对纯电动汽车用锂离子电池组原始散热结构的流场和温度场进行了数值模拟分析，为验证温度场模型的合理性和仿真结果的准确性，对锂离子电池组进行了现场温度场实验测量，并对实验结果和仿真结果进行比较。最后提出了优化锂离子电池组散热系统流场和温度场分布的改进方案。 【关键词】：纯电动汽车 锂离子电池 温度场 CFD技术 实验
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 电动汽车发展概述9-15
• 1.1.1 电动汽车特点及分类9-10
• 1.1.2 纯电动汽车发展的核心技术10-13
• 1.1.3 国内外纯电动汽车研究现状13-15
• 1.2 纯电动汽车用锂离子动力电池的研究15-20
• 1.2.1 纯电动汽车用锂离子动力电池技术要求与应用15
• 1.2.2 锂离子动力电池使用热性能研究的必要性15-16
• 1.2.3 锂离子动力电池热效应研究现状16-17
• 1.2.4 纯电动汽车锂离子动力电池组散热系统研究17-20
• 1.3 论文主要研究内容20-21
• 2 纯电动汽车锂离子电池热特性实验及数值分析理论21-43
• 2.1 锂离子动力电池结构及基本原理21-23
• 2.1.1 锂离子电池的结构21-22
• 2.1.2 锂离子电池工作原理22-23
• 2.2 锂离子动力电池的特点分析23-24
• 2.3 锂离子电池生热机理分析24-26
• 2.4 单体锂离子动力电池热效应实验26-37
• 2.4.1 锂离子动力电池的温度特性26-27
• 2.4.2 电池充放电实验平台搭建27-37
• 2.5 CFD 仿真理论及其在动力电池热分析中的应用37-42
• 2.5.1 CFD 概述37-38
• 2.5.2 CFD 基本控制方程38-40
• 2.5.3 CFD 求解过程40-42
• 2.5.4 CFD 技术在电池热分析中的应用42
• 2.6 本章小结42-43
• 3 单体锂离子电池充放电过程热效应仿真分析43-57
• 3.1 锂离子动力电池三维热效应模型的建立43-46
• 3.1.1 锂离子动力电池热传递基本原理及研究43-45
• 3.1.2 热物性参数的确定45-46
• 3.2 单体锂离子动力电池数值模拟46-52
• 3.2.1 几何模型46-47
• 3.2.2 网格模型47
• 3.2.3 初始条件、边界条件47-48
• 3.2.4 仿真热源的确定48-52
• 3.3 结果与分析52-56
• 3.3.1 模拟结果分析52-55
• 3.3.2 模拟结果与实验结果对比55-56
• 3.4 本章小结56-57
• 4 纯电动汽车典型工况下锂离子电池组动态性能研究57-71
• 4.1 纯电动汽车整车技术参数57
• 4.2 ADVISOR 软件基础介绍57-58
• 4.3 纯电动汽车仿真模型的搭建58-64
• 4.3.1 动力电池组仿真模型的建立59-62
• 4.3.2 基于 ADVISOR 纯电动车仿真参数的定义62-64
• 4.4 纯电动汽车仿真及动力电池生热特性分析64-70
• 4.4.1 车辆仿真行驶工况的选择64-65
• 4.4.2 仿真结果与电池组热特性分析65-70
• 4.5 本章小结70-71
• 5 锂离子动力电池组热仿真及散热结构优化设计71-83
• 5.1 锂离子动力电池组原始模型温度场瞬态仿真分析71-77
• 5.1.1 电池组仿真模型的建立71-73
• 5.1.2 空气流场湍流模型的选择73
• 5.1.3 边界条件设置73-75
• 5.1.4 仿真求解器的选择75-76
• 5.1.5 仿真结果分析76-77
• 5.2 电池组温度场实验77-79
• 5.3 锂离子动力电池组散热结构优化及 CFD 分析79-82
• 5.3.1 优化方案80-81
• 5.3.2 优化后流场分析与温度场分析81-82
• 5.4 本章小结82-83
• 6 总结与展望83-85
• 6.1 全文总结83-84
• 6.2 研究展望84-85
• 致谢85-87
• 参考文献87-91
• 附录91
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文91
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与科研项目91

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

动力用锂离子电池热仿真分析    张遥;白杨;刘兴江;

锂离子电池热模型研究进展    李腾;林成涛;陈全世;

电池热效应分析    王峰;李茂德;

电动汽车动力锂离子电池建模与仿真研究    肖蕙蕙;王志强;李山;余雷;

电动汽车电池组热管理系统的研究进展    雷治国;张承宁;

CFD通用软件综述    姚征,陈康民

锂离子电池爆炸机理研究    陈玉红;唐致远;卢星河;谭才渊;

锂离子电池的工作原理及其主要材料    刘璐;王红蕾;张志刚;

电动汽车磷酸铁锂动力电池技术的发展    于京诺;王强;陈炜;

混合动力汽车镍氢电池组通风结构优化分析    眭艳辉;王文;夏保佳;娄豫皖;阎永恒;

挤出机双流道筒体的设计及换热能力的计算与分析    潘宝霞;贾朝阳;

复合墙体室内温度响应研究    许建柳;

高温下叠层橡胶支座的热力学分析    杜永峰;寇佳亮;寇巍巍;

地源热泵竖埋U形换热器一维数值模型    李茜;苏华;李晓虹;张燕;

CSP连轧过程变形的有限元分析    李传瑞;王立涛;葛仁余;余小鲁;陈志浩;

火灾作用下钢筋混凝土梁温度场的有限元分析    刘焕磊;李新;李堂飞;

农产品加工的供热管道在传输过程中的热损耗分析    宋如敏;王恒青;

湖水源热泵系统温排水数学模型研究及应用    黄向阳;周健;姜文超;刘轶;

乳化液槽内流场和温度场的数值模拟及优化    彭兴东;胡林;王文兴;赵红阳;房荣友;

大气与真空下功率VDMOS散热特性研究    丁凯凯;冯士维;郭春生;刘静;

激光作用金属板材塑性损伤的判定    陈彦北;陆建;倪晓武;

圆柱形烟花热自燃数学模型研究    季玲玲;周光魏;寇智慧;赵保国;杜志明;郭泽荣;

太阳能空气集热器传热性能实验研究    魏琪;赵俊;

能耗统计在建筑节能工作中的应用    介鹏飞;李德英;

电解槽保温技术的应用与探讨    贺建忠;幸利;马康康;

我国储能产业发展现状、机遇与挑战    李雷;杨春;谢晓峰;

气力集排式油菜精量排种器气流场仿真分析    张猛;余佳佳;廖庆喜;

斯特林热机逆流换热式回热器    孔令斌;

水下湿法焊接温度场的数值模拟    赵博;武传松;

双辊带材铸轧侧封技术中熔融钢液液面宽度对侧封板所受温度场和应力场的影响    宋小伟;孙斌煜;

船体与节能附体及螺旋桨的非定常干扰研究    沈海龙

甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究    高晓阳

熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性    左远志

汽油机燃用乙醇汽油混合燃料的空燃比控制技术研究    姚栋伟

槽形竖壁冷凝强化规律研究与结构优化    朱登亮

快速热循环注塑模具及工艺关键技术研究    李熹平

高温岩层巷道主动降温支护结构技术研究    李国富

中俄石油管道多年冻土物理力学性质试验研究及温度场数值分析    冷毅飞

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

絮凝酵母在悬浮床反应器流变与流动行为研究    俞路

塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟    张战锋

奥氏体—铁素体相变的计算机模拟    孙瑞霞

高温矿井热环境数值模拟及热害控制技术研究    侯建军

矿井冰制冷降温系统能效测试与诊断    亓玉栋

山区风特性参数与自锚式悬索桥的静风稳定性研究    王珺

井下工具油浸试验装置温度控制系统分析    赵达

基于ANSYS的离心压缩机主要零件建模和受力分析    谷骁勇

纤维混凝土夹心秸秆压缩块砌块墙的研究与开发    刘永

钢管组对机总体方案设计及关键技术研究    王建秋

某16V型柴油机相继增压性能分析    李琦

贮氢合金的开发与应用    李全安,陈云贵,王丽华,涂铭旌

纯电动汽车用锂离子电池的建模和模型参数识别    姜久春;文锋;温家鹏;郭宏榆;时玮;

锂离子电池及其电极材料的研制    吴国良,杨新河,阚素荣,金维华

塑料锂离子电池研究概况    陈猛,史鹏飞,程新群

锂离子电池的工艺探讨    黄坤

锂离子电池电解质现状与发展    黄峰,周运鸿

绿色动力蓄电池的现状与展望    吴锋

锂离子电池的发展状况    戴永年,杨斌,姚耀春,马文会,李伟宏

电动汽车用锂离子动力电池的寿命试验    林成涛;李腾;田光宇;陈全世;

锂离子电池性能研究    戴燕珊,冼巧妍,黄振茂

给我来两块电池 2012雷诺ZOE    

组合形式对Cd-Ni蓄电池组寿命的影响    宋清山,吴长征

散热风扇在大容量密封蓄电池组中的应用    宋清山

电源与调节器件    

汽车用蓄电池额定值标准的建议    

索尼NP—1电池的维修    杨绵乐

小型电池挑战普通电池    王铁安;

经验交流    

混合电动汽车用锂离子电池的研究    杨娟玉;卢世刚;刘莎;庞静;

空间用氢镍电池技术的最新发展概况(Ⅳ)    鲁文东;张海昌;李金章;

网络化HVDC电池组监测系统的设计与实现    吴讯驰;阮蔚桐;

电池储能在电力系统应用和技术经济分析    陆志刚;刘怡;雷金勇;陈满;陈磊;李达;

浅析阀控密封式铅酸蓄电池的检测、使用和维护    侯福平;姬春华;邓志国;

通信电源电池智能管理系统    王泽;李德峰;胡洪;庞大伟;

仿真分析技术在镍氢电池组结构优化设计中的应用    赵川林;

混合动力轿车用144V电池组的研制    周时国;阎永恒;林则青;娄豫皖;夏保佳;

可并网电池储能系统管理软件的设计方案初探    陈汗青;王国刚;冯汉春;

多通道精密电池测试及分选系统    仇洁婷;陈儒军;天博;郑立翔;陈玺;

无线胶囊内窥镜CMOS摄像模块的设计与制作    刘建青;黄平;徐强;

无线胶囊内窥镜CMOS摄像模块的设计与制作    刘建青;黄平;徐强;

戴尔“电池事件”余震：“肇事者”索尼腹背受敌    本报记者　 郑迪

索尼全球更换笔记本电脑电池组    本报记者　 郎朗

电动汽车：605公里不充电    本报驻德国记者 李山

为电池做换“芯”手术    FreeMan

让DV连续拍摄两个小时    唐春雷

技术之殇：拿什么赌明天？    

国内最大的多晶硅太阳能电池生产线投产    记者 王巍

索尼电池召回风浪波及东芝    李薇

常熟产小电池创出五项世界第一    周末

电池“发高烧” 惠普急召回    

动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究    张金龙

染料敏化太阳能电池电解质的研究    史继富

单室薄膜固体氧化物燃料电池微堆性能影响因素研究    刘明良

单室薄膜固体氧化物燃料电池微堆性能影响因素研究    刘明良

固体氧化物燃料电池阴极的丝网印刷制备及其性能评价的研究    宫云辉

直接碳固体氧化物燃料电池    唐玉宝

固体氧化物燃料电池钙钛矿型复合氧化物阴极材料的研究    于洁

低成本阳极支撑型膜电解质固体氧化物燃料电池的研究    丁姣

单室固体氧化物燃料电池结构设计及电极稳定性研究    王志红

Sm_(0.2)Ce_(0.8)O_(1.9)电解质薄膜燃料电池及电极性能优化研究    艾娜

混合动力车用电池均衡方案研究    牛萌

小型全被动式直接甲醇燃料电池性能实验研究    裴媛

磷酸铁锂动力电池组性能测试与分析    魏五星

纯电动汽车锂离子电池热效应及电池组散热结构优化    李涛

基于最大功率跟踪技术的WSN智能供电系统研究    啜保昌

混合动力车用镍氢电池组散热性能CFD仿真与试验研究    梁昌杰

ISG型混合动力电动车控制策略开发技术    马云辉

高精度电池组检测系统的研究与开发    田治礼

V2G建模及接入系统分析研究    曹琦琦

电池组故障诊断专家系统的研究与实现    刘文杰