纯电动汽车锂离子电池模块设计及热特性分析

摘要

环境污染和能源的短缺，是当今汽车产业发展所面临的两大重要挑战。各国汽车厂商也都相继着手大力发展新能源汽车，我国更是把新能源汽车作为国家战略。纯电动汽车作为一种只依靠电力作为驱动能源的车辆，具有低噪音、零排放、结构简单的特点，是目前被认为最具发展前景的新能源汽车之一。纯电动汽车的电池技术一直是电动汽车的几大关键技术之一，安全性好、高能量密度、稳定的性能以及良好的温度一致性是优秀的电池组的必备的特质。
　　本文以长丰集团博士后项目（电动汽车锂离子电池成组技术研究）作为依托，以某公司生产的聚合物软包三元锂离子电池作为对象，通过实验和仿真相结合的方法，从热的角度进行单体电池和电池模组等方面研究和设计。主要完成了以下工作:
　　(1)分析了单体结构和原理，通过实验的方法研究了电池的温度对其内阻、电压、寿命、充放电性能、荷电保持能力、安全性能等各方面性能的影响;为研究单体电池放电期间的发热情况，进行了不同放电电流下单体电池分别在绝热和自然散热两种条件下的温升检测试验。
　　(2)基于单体电池的特性，设计了两种不同散热设计的电池模块，试制了电池模块的样品;结合电池模块的设计原则，详细分析了两种方案的优缺点。
　　(3)分析了锂离子动力电池的生热和传热机理，并通过Bernardi等建立的电池生热速率模型计算动力电池生热速率，应用ANSYS/workbench软件分析计算了单体电池在不同放电倍率下电池的温升情况，分析了不同环境温度下单体电池的温升情况。
　　(4)建立了采用两种不同散热设计的电池模块的热仿真模型，应用ANSYS/workbench软件，分析了不同模块在不同放电倍率下的温度场分布情况和温升情况;通过对8并12串电池模块进行不同放电倍率下的温度检测试验，验证了模块热仿真的准确性;仿真分析了模块拓展后的多个方案的放电温升情况;最后介绍了由采用8并12串的电池模块构成的电池组。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 电动汽车概述

1．2．1 关于电动汽车

1．2．2 国外纯电动汽车的发展现状

1．2．3 国内纯电动汽车的发展现状

1．2．4 制约电动汽车发展的因素

1．3 电动汽车动力电池概述

1．4 本文的研究内容

第2章 电池热特性分析

2．1 动力电池相关的术语

2．2 电池的结构和原理

2．3 温度对于电池性能影响的研究

2．4 单体电池放电温升研究

2．4．1 单体电池绝热温升试验

2．4．2 单体电池自然散热温升试验

2．5 本章小结

第3章 电池模块成组设计

3．1 电池模块简介

3．2 电池模块设计原则

3．3 电池模块的机械设计

3．3．1 电池模块A样机的机械设计

3．3．2 电池模块B样机的机械设计

3．4 电池模块的电连接设计

3．4．1 电池模块A样机电连接设计

3．4．2 电池模块B样机电连接设计

3．5 对比分析

3．6 本章小结

第4章 电动汽车电池热模型的建立

4．1 电池热特性试验与仿真分析的意义

4．2 锂电池导热机理

4．3 锂离子电池导热微分方程的建立

4．3．1 直角坐标系下的三维热模型

4．3．2 柱坐标系下的三维热模型

4．3．3 球坐标系中的三维热模型

4．3．4 仿真软件ANSYS介绍

4．4 锂离子电池的生热机理及各物性参数的获取

4．4．1 锂离子电池的产热机理

4．4．2 各物性参数的获取

4．4．3 初始条件和边界条件

4．5 单体电池的模型建立与仿真分析

4．5．1 单体电池模型的建立

4．5．2 相同环境温度不同放电倍率热仿真结果分析

4．5．3 不同环境温度同放电倍率热仿真分析

4．6 本章小结

第5章 纯电动汽车电池模组分析

5．1 电池模块仿真建模思想

5．2 电池模块A样机电池模块热分析

5．3 电池模块B样机特性分析

5．3．1 电池模块B样机放电温升仿真分析

5．3．2 电池模块B样机放电温升实验验证

5．3．3 不同温度环境下电池模块仿真分析

5．4 模块横向扩展后的热特性分析

5．5 深坑铝板与浅坑铝板对电池放电温升的研究

5．6 电池模块成组

5．7 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A(在校期间的研究成果)