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锂离子动力电池组温度场分析与散热结构优化
| 论文题名： | 锂离子动力电池组温度场分析与散热结构优化 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池组;温度场;散热结构 |
| 摘要： | 随着全球经济的快速发展，能源危机以及环境污染变得愈发严重，大力发展新能源汽车成为必然趋势。锂离子电池凭借其高能量密度、高输出功率等特点，成为电动汽车用电池组的首要选择。但是车用锂离子电池组工作温度要在25℃-40℃之间，单体温差要小于5℃才能保证其良好的充放电性能、寿命以及安全性，因此合理的电池组散热结构是必要的。 首先，搭建了一套电池特性测试系统，测试了电池不同放电倍率下的温升特性，以及不同温度下的充放电内阻特性。用Icepak建立了电池单体的散热模型，仿真了电池的温度场分布，并与实验结果进行对比，误差均在5%以下，证明电池模型基本可靠。 之后，设计了一种480节电池紧密排列的大型电池组，总标称电压72V，总标称容量69.6Ah。在20℃自然对流情况下，电池1C倍率放电时，电池组最大温升22.48℃，最大温差8.78℃。为了降低温升和温差，设计了一种轴向送风型散热结构，使电池组最大温升和最大温差下降为12.76℃和6.44℃。为了进一步降低温差，通过正交试验，设计了一种分区域开孔率不同的滤网结构，使电池组最大温差又下降了1.58℃。为使电池组在40℃，2C倍率放电的恶劣工况下也能够工作在适宜的温度区间，研究了进风风速以及温度对于电池组温度分布的影响，制定了进气温度30℃、风速14m/s、风量754.96CFM和29℃、12m/s、647.02CFM两种合理的送风策略。为了降低所需风量，减少能耗和噪音，通过调整进风孔的孔径将所需风量进一步降至596.4CFM。 最后，为满足不同车型的布局需要，通过正交试验设计了一种径向送风型散热结构。在恶劣工况下，采用12m/s、27℃的送风策略时，电池组最大温升为2.68℃，最大温差为8.9℃。为降低温升和温差，采用了往复送风的形式，并制定了120s后每60s改变送风方向和120s后每90s改变送风方向的送风策略，满足了电池组的散热需求。相比于轴向送风结构，所需风量减少了291.3CFM。为降低改变风向的周期，研究了风速对于往复送风策略的影响，发现即使增加风速，也不能增加往复送风中的单向送风时间。 |
| 作者： | 尉孟涛 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 张建新;徐敏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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