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动力锂电池热特性分析与电池组风冷结构研究
| 论文题名： | 动力锂电池热特性分析与电池组风冷结构研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池;热管理;过滤板;电池组 |
| 摘要： | 作为电动汽车中不可替代的动力来源，锂离子电池具有能量密度高、循环次数多、无记忆效应等优点，在电动汽车领域获得了广泛应用。但是锂离子电池具有较大的温度敏感性，温度过高会威胁电动汽车的行车安全，所以对电池进行热管理势在必行。本文主要进行了18650动力锂离子电池的热特性分析和锂离子电池组的风冷热管理研究。 首先，依据锂离子电池的工作原理和生热原理，明确电池单体的热特性参数，并通过搭建的热特性测试平台，对单体进行0-50℃环境温度下的充放电容量实验和20-50℃的电池温度下充放电内阻实验，以及20℃环境温度不同放电倍率下的温升实验。结果表明：随环境温度的升高，放电容量和时间逐渐增大，恒流充电时间和容量增加，恒压充电时间和容量逐渐减小；总充电容量随温度变化较小，总充电时间随温度升高而降低。充放电内阻均随着环境温度的升高而减小；荷电状态（SOC）从1放电至0.1，电池内阻先减小再趋于平稳，当SOC小于0.2时，内阻急剧增大；随着放电倍率的提升，单体表面最高温度和温差都明显增加。 然后，在Icepak软件中建立单体模型，并输入功率曲线，进行20℃环境温度下的1C、1.5C和2C放电倍率的单体热特性温度场仿真，并与单体温升实验结果做对比，得到仿真与实验的结果基本吻合，从而验证了仿真模型的准确性。 接着，提出了添加过滤板的风冷散热方式，研究了过滤板的三部分自由面积比对风冷散热效果的影响，得出最佳的自由面积比组合为0.3、0.9、0.9。并通过单因素分析法研究风速、电池间距、出风口数量和电池底部间距对风冷散热效果的影响，最终设计正交实验与最高温度和温差的直观分析结果进行比较，获得散热效果最好的最优组合。与优化前相比，最高温度降低了10.1767℃，温差降低了10.4750℃，电池组温度一致性大大提升。 最后，针对小型电动物流车的应用场景，对其动力电池组的一个电池模组，搭建实验平台，进行强制风冷的电池组温升实验，得到电池温度结果满足正常工作温度范围，说明该风道散热效果较好。在环境温度为40℃放电倍率1C的工况下，研究该应用场景中，上进下出和左进右出两种风道结构的散热效果，通过正交实验和单因素分析法分别得到两种结构的最优结果，并证明优化结果满足电池正常工作的温度范围，散热效果较好。 |
| 作者： | 储广昕 |
| 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： | 2021 |
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