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AUV动力电池组温度场仿真与温度控制策略研究
| 论文题名： | AUV动力电池组温度场仿真与温度控制策略研究 |
| 关键词： | 自主式水下航行器;锂电池动力电池组;温度控制;工作效率 |
| 摘要： | 锂电池组因其具有较高的能量密度、循环特性和寿命长以及低污染和耐过充过放等特点，常通过串并联的方式集成为电池组为大型设备提供动力，也常被用作自主式水下航行器（Automatic Underwater Vehicle, AUV）的动力来源，但锂电池在工作过程中会向外界释放大量的热，而且在水下封闭的环境中电池长期高温运行会影响电池的工作性能，影响AUV的工作效率，甚至会引起设备的损坏，因此对动力电池组的温度进行有效控制，对于AUV的实际使用有着重要的作用。 本文以18650型锂离子电池为例，对其内部反应、产热、换热性能进行了分析，并利用 COMSOL软件建立了单体电池的电化学-热耦合模型，将一维电化学模型在工作过程中产生的热量作为热源耦合在三维模型中，探究电池在放电过程中的温度变化和分布，分析不同的放电速率、工作温度对电池温度变化速率和温差的影响。 然后将单体电池按组排列组合，形成可供AUV使用的电池组，因为本论文所述电池组在工作时采用液冷循环进行冷却，故采用对流传热系数模拟电池组的外壁与冷却液间的传热，再利用COMSOL进行有限元建模。通过比较分析，得出了在同一放电电流条件下，紧密排列式电池组与分散并联式电池组的温度变化与分布，通过比较，提出了分散并联电池组的设计方案。 最后针对有限元模型的计算量大、耗时长的问题，提出了一种基于本征正交分解法的温度场模式，并通过Galerkin投影法对其进行降阶处理，从而获得了一个降阶的温度计算模型，在此基础上，结合动态规划与迭代式动态规划的基本思想，提出了一种以冷却剂流量为控制变量、电池温度为状态变量的分散式并联电池组的温度控制方案。通过建立 MATLAB-COMSOL联合模拟系统，对所提出的温度控制方案进行了验证。 |
| 作者： | 陈莹侠 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 于智龙 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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