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FSEC电动赛车动力电池热管理系统研究
| 论文题名： | FSEC电动赛车动力电池热管理系统研究 |
| 关键词： | 电动赛车;钴酸锂动力电池;散热系统;动态工况 |
| 摘要： | 近几年随着全球范围内新能源汽车发展的新形势，大学生纯电动方程式汽车大赛（Formula Student ElectricChina，FSEC）逐渐在赛车运动中得到广泛的推广，尤其在高校中最为流行。纯电动赛车因运动的极限性和极端恶劣的赛事工况，其动力电池系统极易出现过热或散热不良现象，而电池热管理的研究与应用正好可有效的改善这一问题，提高赛车安全性和可靠性。而这之前，很少有结合FSEC的动态工况对电动赛车的电池系统进行深入的研究。因此本文将以纯电动赛车的钴酸锂动力电池系统为研究对象，结合FSEC动态赛况，通过设计合理的电池热管理系统，确保电池始终工作于能量利用率最高的温度范围内，从而提高赛车的安全性。 本文首先从电池的生热机理研究入手，分析了电池生热量的来源，并建立了三维电池热模型和简化的Bernardi生热速率模型，采用理论估算手段获取了电池等效热物性参数。搭建了电池内阻试验平台，通过试验测试获取了电池的等效内阻数据，为后文的电池热特性的分析奠定了基础。 基于传热与散热基本理论定性的分析了电池内部生热的换热过程，利用ANSYS/thermal有限元热分析软件对电池单体在 FSEC动态工况下的温度特性进行了仿真分析。自主设计了温度采集系统，并搭建电池组温度测试实验台用来监测电池表面的温度变化情况。对比分析仿真结果与试验测试数据，结果表明温度的变化过程吻合良好，最大误差不超过8％，验证了本文建立的电池热模型以及热参数的准确性和适应性。 以节能与轻量化为原则，对电动赛车动力电池系统完成了容量需求与参数匹配的计算。根据热力学理论确定了电池组在FSEC动态赛工况的散热需求，并基于FSEC规则要求以及整车布置完成了电池箱散热系统的初步设计。采用了正交试验设计法以散热风机位置、电池组排布等为主要影响因素，以降低电池箱内最高温度为前提，最大化降低温差为目标优化了电池散热系统的结构，并建立了ANSYS/Icepak参数化的电池箱仿真模型，仿真结果表明本文的最大温差减小了40%。 最后进行了实体的加工与制造并完成了电池箱的组装，对比试验测试数据与仿真结果发现吻合良好，最大误差不超过2℃，表明本文设计的电池箱散热系统可保证赛车的电池系统在FSEC中散热性能良好，同时满足了赛车安全性要求，对未来方程式电动赛车的设计与开发具有一定的指导意义。 |
| 作者： | 黎英 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 赵立军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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