纯电动汽车用动力电池组热特性研究

【摘要】：随着能源危机和环境污染问题的不断加剧,纯电动汽车产业迎来了前所未有的发展机遇。作为纯电动汽车唯一的动力来源,动力电池组决定性地影响了电动汽车整车性能；然而电池的工作特性与其工作温度密切相关,温度过高、过低或者电池组内部温度场分布不均都会很大程度上降低电池的工作效率。因此行之有效的电池组热管理系统(BTMS)对于电动汽车适应不同行驶环境、提高动力电池工作效率和工作寿命有着至关重要的作用。 本文针对某国产纯电动汽车用18650锂离子动力电池,利用理论分析、数值模拟和实际实验相结合的方法对动力电池单体以及电池组热特性进行相关研究,提出了一种新型热管理方案,并予以仿真优化,主要研究内容如下： (1)通过查阅文献调研分析锂离子动力电池的结构、生热机理,并对锂离子动力电池在不同温度条件下的工作特性进行分析研究,从而明确电池组热管理系统的设计目标。 (2)运用三维CFD仿真与实际实验相结合的方式对单体电池在不同放电倍率下的温升情况进行研究比较,评估在自然冷却条件下锂离子单体电池在放电过程中的温升情况；同时验证了单体电池仿真模型以及相关热物性参数设定的准确性,为后期对电池组的热特性研究提供参数支持。 (3)针对最初热管理设计目标提出一种新型电池组热管理方案,建立纯电动汽车动力电池组仿真模型,并对电池组进行合理简化处理；确定关键零部件的物性参数,最终得到不同运行工况下仿真所需边界条件；对该热管理系统内部的加热和冷却元件进行等效处理,并通过CFD仿真计算和实际实验测试对比验证该等效模型的合理有效性。 (4)计算获得该热管理方案在不同温度工况下的瞬态流场与温度场分布情况,并根据仿真分析结果提出几种改进方案,进行三维模拟对比,最终确定最优方案,达到了最初热管理设计目标。 【关键词】：纯电动汽车 锂离子电池 热管理系统 热特性 CFD
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U469.72;TM912
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 目录11-13
• 插图清单13-15
• 表格清单15-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 课题背景及研究意义16-23
• 1.1.1 电动汽车的发展概述16-18
• 1.1.2 纯电动汽车用动力电池概述18-21
• 1.1.3 动力电池组热管理必要性21-23
• 1.2 电池组热管理系统研究现状23-24
• 1.3 课题主要研究内容24-25
• 第二章 锂离子动力电池热性能分析基础25-36
• 2.1 锂离子动力电池结构介绍25
• 2.2 锂离子动力电池性能参数25-27
• 2.3 锂离子动力电池生热机理分析27-29
• 2.4 温度对电池特性影响分析29-32
• 2.5 锂离子动力电池散热途径分析32-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 18650锂离子单体电池实验与仿真研究36-52
• 3.1 锂离子单体电池温升实验研究方法36-38
• 3.2 锂离子单体电池仿真研究方法38-46
• 3.2.1 计算流体力学理论基础38-40
• 3.2.2 锂离子动力电池热模型建立40
• 3.2.3 锂离子动力电池热物性参数获取40-43
• 3.2.4 锂离子电池单体仿真模型建立及网格划分43-45
• 3.2.5 仿真模型边界条件设定45-46
• 3.3 锂离子单体电池实验与仿真结果分析46-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 动力电池组热管理方案设计52-63
• 4.1 动力电池组热管理系统设计方法介绍52-54
• 4.1.1 热管理系统设计一般流程及设计目标52-53
• 4.1.2 电池组箱体内部传热介质与流通方式的选取53-54
• 4.2 动力电池组热管理方案设计54-56
• 4.3 关键零部件参数设计计算56-58
• 4.3.1 PTC加热功率确定56-57
• 4.3.2 蒸发器制冷功率确定57-58
• 4.4 蒸发器、PTC等效模型建立58-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第五章 动力电池组热管理方案的CFD仿真与优化63-80
• 5.1 仿真模型建立及网格划分63-64
• 5.1.1 锂离子动力电池组仿真模型63
• 5.1.2 仿真模型网格划分63-64
• 5.2 仿真边界条件设定64-66
• 5.3 初步方案仿真结果分析66-69
• 5.3.1 高温工况仿真结果分析66-69
• 5.3.2 低温工况仿真结果分析69
• 5.4 动力电池组热管理系统优化方案69-79
• 5.4.1 电池组排列结构改进方案分析69-73
• 5.4.2 关键部件参数优化设计73-76
• 5.4.3 箱体结构改进方案76-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况86

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