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锂离子动力电池产热特性及温度估算研究
| 论文题名： | 锂离子动力电池产热特性及温度估算研究 |
| 关键词： | 电动汽车;锂离子电池;产热特性;温度估算 |
| 摘要： | 面对当前社会日益严重的能源危机与环境污染等问题，发展新能源电动汽车得到世界各国政府的认可与推进。作为电动汽车的动力部件，动力电池工作温度的高低与分布直接影响动力电池性能与寿命，同时对其使用过程的安全可靠性也存在影响。研究单体电池与电池组热特性及温度估算能较好地预估单体电池与电池组温度特性，把握锂离子动力电池在使用中的温度分布状态，对设计与简化电池热管理系统及预防安全事故的发生有着重要的研究价值和意义。本文以方形三元锂离子动力电池为研究对象，具体研究工作如下： 首先，阐述锂动力电池工作原理及结构特征，并对动力电池的产热机理与传热原理进行了分析。通过实验获取了锂离子电池内阻及熵热系数的变化特征，考虑电池极耳与电芯共同产热建立电池产热模型。建立锂电池二维瞬态有限差分传热模型，仿真获取单体锂离子电池放电时的温度特性，并通过实验验证了电池热模型的准确性，实验温度与仿真温度最大误差在1℃以内，所建立的热特性模型能较好地反应电池产传热特性。 其次，根据流体力学理论，对电池组强制对流冷却热管理系统建立风道流阻模型，快速计算系统流道的风速分布，并通过实验验证该模型的准确性。以单体电池热模型为基础，结合流阻模型计算所得风速与传热学理论，对各流道对流换热系数及各流道环境温度进行了理论计算，由此构建完整的电池组温度特性模型，并基于靠近进风口的1号电池采用卡尔曼滤波(Kalman Filtering,KF)对电池组内其他电池温度进行在线估算。 最后，对模型仿真结果及KF算法估算结果进行分析并通过电池组温度特性实验验证，对比分析仿真与实验结果。结果发现，增强强制对流冷却对降低电池组内最高温度，提高单体电池间热均匀性效果明显。对比获取的模型仿真温度、KF算法估算温度及实验温度，整体温度误差较小，最大温度误差不超过2℃。 本文基于传热学和计算流体力学理论，考虑电池极耳与电芯共同产热情况下单体电池的热特性及强制对流冷却电池组的热模型，并通过实验验证了热模型的准确性。采用KF算法，基于1号电池温度，对电池内其他电池温度进行估算。研究结果可为锂离子电池热管理系统的设计及简化和对锂电池发生安全隐患预警提供参考，对提高电池组使用性能及使用寿命具有重要意义。 |
| 作者： | 刘志强 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 谭罡风 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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