纯电动汽车动力电池组温度场及温升影响因素研究

摘要

汽车产业迅速发展，带来了石油资源大量消耗，为解决车用能源问题，加强力度研发新能源汽车，推动传统汽车产业的战略性转型，降低对石油资源的依赖成为汽车工业的发展方向。动力电池作为电动汽车的核心部件之一，决定纯电动汽车的基本性能，目前对其热失控问题尚未得到很好的解决。
　　动力电池充放电过程中发生各种物理化学变化，导致大量热量产生，在电动汽车行驶过程中聚积的热量导致电池组局部温度升高，部分电池的电化学性能降低，电池的不一致性逐渐突显。本论文主要对纯电动车用锂离子动力电池组的温度场及温升影响因素展开研究，为电池组热管理设计提供依据。
　　概述锂离子动力电池的工作原理、生热机理及传热特性，试验测得温度对锂离子电池放电容量和内阻的影响，获得单体电池适宜的工作温度。
　　根据计算流体力学方法和导热基本定律，建立空气流场和电池组导热的数学模型及有限元模型。利用FLUENT软件仿真纯电动汽车在水平路面上以不同车速匀速行驶时，封闭的电池箱内锂离子动力电池组温度分布及周围流场分布。
　　进行纯电动汽车动力电池组温度场分布实车模拟实际道路行驶试验，测得在不同行驶工况下电池组测温点温度的分布，试验和仿真结果相吻合，验证了所建立模型的有效性，同时确定了电动汽车不同行驶速度与电池组温升的影响。
　　在试验验证仿真正确性的基础上，仿真分析环境温度和道路坡度对纯电动汽车用锂离子动力电池组的温升影响。经过计算和数据拟合，得出电池组的最高温升和放电电流的关系随时间的变化，并得到相应公式，根据公式计算市区循环工况下电池组的最高温升。针对环境温度对电池组温升的影响，在电池箱体内部添加绝热材料，使电池组在高低温下使用时，减小环境温度对电池组温度影响。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 锂离子动力电池热安全问题概况

1．3 锂离子动力电池热安全研究现状

1．3．1 国内外锂离子电池热特性研究现状

1．3．2 国内外锂离子电池热管理研究现状

1．4 论文研究主要内容及技术路线

第二章 锂离子动力电池温度特性分析

2．1 锂离子电池的结构及工作原理

2．1．1 锂离子电池的结构

2．1．2 锂离子电池的工作原理

2．2 锂离子电池的生热机理及传热特性

2．2．1 锂离子电池的生热机理

2．2．2 锂离子电池的传热特性

2．3 温度对锂离子动力电池性能的影响

2．3．1 温度对锂离子电池容量影响

2．3．2 温度对锂离子动力电池内阻影响

2．4 本章小结

第三章 锂离子动力电池组温度场的仿真分析

3．1 流场和温度场计算理论

3．1．1 温度场研究方法

3．1．2 数值模拟求解步骤

3．2 流场温度场数学模型

3．2．1 计算流体力学基本控制方程

3．2．2 电池组导热微分方程

3．3 电池的热物性参数

3．3．1 电池导热系数

3．3．2 电池比热容

3．4 电池组有限元模型

3．4．1 电池组的布置

3．4．2 计算域网格划分

3．4．3 边界条件和求解器的选择

3．4．4 动力电池内热源程序编写和调试

3．5 电池组瞬态温度场仿真分析

3．6 本章小结

第四章 动力电池组温度场分布试验

4．1 试验设备

4．2 试验车辆及电池组测温点布置

4．2．1 试验车辆布置

4．2．2 测温点布置

4．3 数据采集原理

4．4 试验步骤

4．5 仿真结果与试验结果对比

4．5．1 试验结果分析

4．5．2 仿真试验结果对比

4．6 本章小结

第五章 电动汽车不同行驶工况对电池组温升影响及绝热材料厚度分析

5．1 环境温度对电池组温升的影响

5．2 不同道路坡度对电池组温升影响

5．2．1 放电电流的获取

5．2．2 电池组温升分析

5．3 放电电流对电池组温升的影响

5．3．1 动力电池组温度与电流关系

5．3．2 市区循环工况下电池组温升特性

5．4 电池箱体绝热材料对电池组温度场影响

5．4．1 低温下绝热材料厚度对电池组温升影响

5．4．2 高温下绝热材料厚度对电池组温度影响

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文