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电动汽车锂离子电池组散热特性仿真研究
| 论文题名： | 电动汽车锂离子电池组散热特性仿真研究 |
| 关键词： | 锂离子电池组;电动汽车;散热特性;计算机仿真 |
| 摘要： | 能源与环境污染的问题促进了新能源汽车技术的发展，而锂离子电池凭借着能量密度大、电池单体电压高、自放电率低、循环使用寿命长和无排放污染等优点成为新能源汽车优先考虑的储存能源。但是锂离子电池在使用过程中的热安全问题一直是阻碍电动汽车发展的一个瓶颈，所以控制锂离子电池组的温度在一定适当的范围内(-20℃～55℃)是电动汽车正常行驶所必须的。 本文首先对单体锂离子电池进行研究分析，通过实验手段测试了锂离子电池单体的容量、开路电压和内阻等参数与温度的关系，并计算了其热物理性参数，由计算得到的参数建立了电池三维热模型。模拟了电池在0.5C、1C、2C放电倍率下电池的热分布，并通过实验验证了模拟结果的可靠性。并且仿真分析了电池单体在不同表面对流换热系数条件下的散热性能。结果显示提高电池表面对流换热系数可以降低电池表面温度。 通过对电池单体热模型的分析扩展到电池组，研究由若干个电芯串并联起来的电池组的散热性能。仿真电池组在不同放电倍率条件下的热分布，结果发现小倍率放电时，电池组内部电芯温度分布比较均匀，正极极柱附近温度相对较高，随着放电倍率的增大电芯温差也在逐渐变大。并在此基础上，还研究了不同外壳材料对电池组散热性能的影响。研究发现，当表面对流换热系数较低时，钢材质的外壳散热性能略高于其它几种外壳，但随着表面对流换热系数的增大，外壳材料对电池的散热性能影响较小。 根据电池组的结构设计了一种电池包模型，并提出两种散热方式对电池组进行散热分析，散热方式分别为自然对流散热和强制风冷散热，运用ANSYSFLUENT软件计算了上述散热方式对电池组散热的影响。结果显示，在不加任何散热装置的自然对流散热条件下，当环境温度较高时，电池组生热温度超过了锂离子电池的安全温度，需采取强制散热。设计出两种强制风冷散热的方案，通过仿真分析发现，方案二的散热性能明显优于方案一，当进风口空气流速较低时，电池组内部温差较小，温度分布比较均匀。最后，对方案二做了进一步优化，主要优化了排气口位置，通过仿真分析之后发现优化后的方案对电池组最高温度和最低温度都有改善，可以明显改善电池组的散热性能，有利于提高电池包在使用过程中的安全性和循环寿命。 |
| 作者： | 李升东 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 安治国 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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