纯电动汽车热泵空调与电池交互热管理系统研究

【摘要】：动力电池热管理技术的提高将有利于电动汽车的发展。车室内的冷热需求和电池组的冷热需求既存在相互矛盾又存在相互协调的关系。本文对电池组的产热量和车用空调的制冷量、制热量进行整体考虑和交互利用，研究纯电动汽车磷酸铁锂动力电池组的生热和传热特性，通过计算和实验测试相结合的方法获取磷酸铁锂动力电池组分别在恒倍率放电和变工况放电条件下的产热特性，通过实车测试获取纯电动汽车在制冷工况和制热工况下的车内动态热负荷特性曲线。在此基础上，对纯电动汽车在不同车速和环境温度下的车内制冷、制热需求和电池组散热需求、余热利用潜力和加热需求特性进行交叉匹配分析，得到了纯电动汽车热泵空调制冷、制热量和电池组产热量的交互利用特性，并根据二者的可交互利用特性对纯电动汽车热泵空调和动力电池组交互热管理系统进行了设计。最后，通过Fluent软件对电池组分别在自然空气强制对流散热和利用热泵空调循环介质散热/加热的条件下的温度场进行了对比分析。 通过研究磷酸铁锂动力电池组在恒倍率放电和变工况放电条件下的产热行为，可以对电池组在循环工况下的产热量进行预测。研究发现E6纯电动汽车电池组在120km/h的行驶车速和40℃的高温环境下的峰值产热功率为3100W，峰值散热功率为2500W。 通过实车测试获得了E6纯电动汽车在制冷和热工况下的车内动态负荷特性曲线。测试结果表明：在制冷工况下，通过车窗传入车内的热负荷约为2092W，是形成车内热负荷的主要组成部分，占比达到44.2%；在制热工况下，通过车体外围结构的瞬间散热能力比较均匀，太阳辐射对车内热负荷的影响较小。 在此基础上，对E6纯电动汽车在不同车速和环境温度下的车内制冷、制热需求和电池组散热需求、余热利用潜力和加热需求特性进行交叉匹配分析，得到了纯电动汽车热泵空调制冷、制热量和电池组产热量的交互利用特性。其中，车内的冷热需求分为三种：制冷，既不需要制冷也不需要制热，制热。磷酸铁锂电池组的冷热需求分为三种：散热，即无散热需求也无加热需求和需要加热。特别的是，在环境温度为28℃时，电池组的峰值散热功率为1066W，在40℃的高温环境下的峰值散热功率为2500W，车内制冷需求为4800W，热泵空调的压缩机匹配制冷量为7300W；在制热工况时，电池组可利用峰值加热功率为2500W，车内制热需求设计为5000W，热泵空调的压缩机匹配制热量为7500W；电池组在16℃的环境温度和120km/h的行驶车速下，理想余热利用功率约为2020W，但经过分析发现，电池组的余热利用时间较短，且在行驶车速低于82km/h时，没有多余热量可供利用。因此，磷酸铁锂电池组的余热利用潜力较小。 根据二者的可交互利用特性对纯电动汽车热泵空调和动力电池组交互热管理系统进行了设计。最后，通过Fluent软件对电池组分别在自然空气强制对流散热和利用热泵空调循环介质散热/加热的条件下的温度场进行了对比分析。模拟结果显示，在热泵空调系统循环介质的热管理下，电池组的温度场能够保持在较佳的温度范围内，且电池组的温度均匀性更好。 【关键词】：纯电动汽车 磷酸铁锂电池组 交互热管理 热泵空调
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-18
• 1.2.1 电动汽车热泵空调系统的应用研究12-15
• 1.2.2 电池热管理技术的发展现状15-18
• 1.3 本课题的研究工作18-20
• 1.3.1 本课题的主要研究内容18-19
• 1.3.2 本课题的研究特色19-20
• 第二章 纯电动汽车磷酸铁锂电池产热特性研究20-32
• 2.1 锂离子电池生热及传热特性研究20-24
• 2.1.1 锂离子电池生热机理简介20-21
• 2.1.2 锂离子电池产热速率模型研究21-22
• 2.1.3 锂离子电池传热特性22-24
• 2.2 磷酸铁锂电池的温度和内阻特性研究24-27
• 2.2.1 磷酸铁锂电池的温度特性分析24-25
• 2.2.2 磷酸铁锂电池的内阻特性分析25-27
• 2.3 磷酸铁锂电池组产热特性研究27-31
• 2.3.1 磷酸铁锂动力电池组恒倍率放电产热特性研究27-28
• 2.3.2 磷酸铁锂动力电池组变工况放电产热特性研究28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 纯电动汽车车内动态冷热负荷试验研究32-43
• 3.1 汽车空调负荷的特点32-33
• 3.2 纯电动汽车空调负荷实验研究33-36
• 3.2.1 实验背景33
• 3.2.2 实验内容及方法33-36
• 3.3 实验结果与分析36-42
• 3.3.1 制冷工况测试结果及分析36-39
• 3.3.2 制热工况测试结果及分析39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 纯电动汽车热泵空调与电池交互热管理系统设计43-56
• 4.1 纯电动汽车热泵空调和电池交互热管理技术原理43
• 4.2 纯电动汽车热泵空调和电池交互热管理参数匹配设计43-49
• 4.2.1 磷酸铁锂电池在不同环境温度和车速下的散热需求特性43-45
• 4.2.2 磷酸铁锂电池在不同环境温度和车速下的余热利用可行性分析45-48
• 4.2.3 磷酸铁锂电池在不同环境温度下的加热需求特性48-49
• 4.3 纯电动汽车热泵空调和电池交互热管理系统设计49-54
• 4.3.1 汽车热泵空调系统理论循环49-50
• 4.3.2 纯电动汽车热泵空调和电池交互热管理系统设计原理图50-54
• 4.3.3 纯电动汽车热泵空调和电池交互热管理系统关键部件选型计算54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 纯电动汽车热泵空调与电池交互热管理模拟研究56-66
• 5.1 高温工况仿真分析56-62
• 5.1.1 强迫风冷56-60
• 5.1.2 热泵空调循环介质冷却60-62
• 5.2 低温工况仿真分析62-65
• 5.3 本章小结65-66
• 结论与展望66-68
• 参考文献68-71
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果71-72
• 致谢72-74
• 附件74

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

温度对LiFePO_4锂离子动力电池的影响    桂长清;

高低温对磷酸铁锂动力锂离子电池性能的影响    赵鸿飞;邓爽;汝坤林;顾仁德;

锂离子电池热模型研究进展    李腾;林成涛;陈全世;

当今电子设备冷却技术的发展趋势    胡志勇

混合动力车用镍氢电池的液体冷却系统    吴忠杰;张国庆;

HEV电池的产热行为及电池热管理技术    张国庆;马莉;张海燕;

动力电池热管冷却效果实验    张国庆;吴忠杰;饶中浩;傅李鹏;

动力型磷酸铁锂电池的温度特性    李哲;韩雪冰;卢兰光;欧阳明高;

一种可用于热管理的控温热管实验研究    魏会东;皇甫艺;吴静怡;

电动汽车热泵系统研究进展    江挺候;张胜昌;康志军;

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;

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;

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;

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;

对于改进国产内燃机车冷却系统的几项建议    刘达德;

环境试验设备的状态空间法仿真设计    翟唤春,尚娜,王浚

热障涂层红外热无损检测的建模和有限元分析    郭兴旺;丁蒙蒙;

高超声速飞行器热载荷计算及影响因素分析    张利珍;王晓明;董素君;王浚;

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;

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;

结构构件耐火隔热性计算模型    张靖岩;史毅;吕振纲;仝玉;王礼;

基于性能化的大空间建筑钢结构防火设计    田立柱;朱国庆;张国维;

基于采暖工况的毛细管网不同敷设方式热工性能分析    王婷婷;李永安;

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

高温岩层巷道主动降温支护结构技术研究    李国富

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

褐煤提质及其燃烧行为特性的研究    李先春

活化生土基低碳节能村镇建筑材料研究    谭晓倩

温室环境因子时空分布CFD模型构建及预测分析研究    程秀花

面向环保的高速全自动冷镦机优化研究与系统实现    徐高春

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

井下工具油浸试验装置温度控制系统分析    赵达

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

渗流作用下深部矿场采动围岩的传热机理研究    徐义洪

CPU热柱散热器的实验研究及流场和温度场的数值模拟    李艳红

AP1000核电蒸汽发生器管子与管板胀/焊过程模拟与接头性能研究    闫宗宝

城市居民小区内微环境的数值模拟研究    包毅

逆温霜冻条件下植物冠层数值模拟分析    龙志云

车用锂离子电池充放电性能及应用研究    魏跃远,林逸,林程,王震坡,何洪文

热管技术在变压器中的应用研究    雷东强;王秀春;朱威力;苏丽娜;

相变储能材料在电池热管理系统中的应用研究进展    张国庆;张海燕;

密封铅酸蓄电池内阻与低温起动能力    桂长清

动力型铅酸及LiFePO_4锂离子电池的容量特性    李哲;仝猛;卢兰光;欧阳明高;

50Ah LiFePO_4聚合物锂离子单体电池的制备    陈性保;

LiFePO_4锂离子电池的低温性能    冯祥明;张晶晶;李荣富;李中军;

锂离子电池循环寿命快速衰减的原因    吴赟;蒋新华;解晶莹;

锂离子电池的低温性能研究    王洪伟;杜春雨;王常波;

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;

热泵型电动汽车空调系统性能实验研究    欧阳光

给我来两块电池 2012雷诺ZOE    

浅析制约发展纯电动汽车的几个关键问题    杨浩;

电动汽车离我们有多远    田子;

电动汽车驶向何方?——对话中国工程院院士、总装备部防化研究院研究员杨裕生    吴平;

重新发明汽车 宝马“超大城市汽车”计划    老车;

如果充电站取代了加油站 电动汽车的充电技术及基础设施    尹华军;王珂;

纯电动汽车实施方案(上)    纪秀磊;

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    

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;

纯电动汽车研究与开发    李年根;

细分市场纯电动汽车研发与推广    徐占林;

纯电动汽车泊车雷达系统设计    胡杰强;王智晶;

纯电动汽车泊车雷达系统设计    胡杰强;王智晶;

纯电动汽车驱动电机动力参数选型浅探    徐战林;李博;

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;

走出纯电动汽车的技术误区    王海蕴

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

国内首款纯电动汽车上市    应子

康迪纯电动汽车快速“驶”向美国    记者 吉明亮　李根荣

金华汽车产业瞄准新增长点纯电动汽车发展前景很诱人    首席记者 徐朝晖　通讯员 方意军

小型纯电动汽车“十二五”将获大力扶持    本报记者 于丹

纯电动汽车急需“国标”    本报记者 杨秦

纯电动汽车关键技术在我市取得重大突破    记者 孙鹏

纯电动汽车 前景看好瓶颈待破    本报记者 薛秀泓

动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究    张金龙

纯电动汽车动力系统参数匹配及整车控制策略研究    周飞鲲

纯电动汽车驱动与制动能量回收控制策略研究    汪贵平

基于两档双离合器自动变速器的纯电动汽车驱动与换档控制技术研究    宋勇道

染料敏化太阳能电池电解质的研究    史继富

纯电动汽车动力总成系统匹配技术研究    黄万友

基于纯电动轿车的两档双离合器式自动变速器控制技术研究    陆中华

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

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

纯电动汽车热泵空调与电池交互热管理系统研究    欧阳东

磷酸铁锂动力电池组性能测试与分析    魏五星

ISG型混合动力电动车控制策略开发技术    马云辉

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

电池信号采集与管理系统及软件的设计与实现    俞辉

高精度电池组检测系统的研究与开发    田治礼