动力电池放电特性及其安装对电动汽车动特性影响

摘要

锂离子电池兼具高比能量和高比功率特性，已经成为电动汽车的主导电源，但其放电性能、热稳定性及安全性受工作环境影响较大，且续驶里程普遍较短，制约了其在电动汽车上的应用与发展。车载锂离子电池作为新能源汽车的能源供应系统，具有含能材料相应特征。
　　 本文引入含能材料热稳定性烤燃研究方法，利用可控温湿度实验箱/高低温实验箱和恒流放电控制电路模拟锂离子电池在实际应用中可能遇到的不同工作环境，对LiFePO4锂离子电池进行了放电实验，对电池工作电压、放电时间、放电量和电池组温升等工作特性进行了分析，据此获得锂离子电池的放电特性、热稳定性及安全性随放电电流、温度和湿度变化的规律，以及其在电池组串联过程中随体积/表面积之比变化的规律。利用电化学及传热学等理论建立锂离子电池热数学模型，对电池的生热速率进行估算，并对电池的放电行为及过程进行理论分析。运用ANSYS有限元分析软件建立锂离子电池物理模型，模拟车载锂离子电池实际运行过程中的工况，对其温度场分布和热效应进行分析。通过对比单体电池与电池组在不同工作条件下的温度场分布和温升情况，分析锂离子单体电池与电池组的热特性差异。同时基于有限元前处理软件Hypermesh及其后分析模块Radioss，对某改装电动矿车车架进行有限元建模和自由模态分析，判断电池组安装位置对汽车车架模态特征的影响。本文采取实验与模拟仿真相结合的研究方法，对锂离子电池工作特性及安装设计进行系列研究。烤燃实验研究为锂离子动力电池应用于新能源汽车提供了实验研究手段及评价方法，相应的实验数据为锂离子动力电池形状及其管理系统设计提供指导。车架的模态特征分析，为电动汽车电池组的安装设计提供参考。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 电动汽车发展历史及现状前景

1．1．1 电动汽车的发展历史

1．1．2 国内外电动汽车发展概况及发展前景

1．2 电动汽车主要结构

1．3 电动汽车类型与特点

1．3．1 电动汽车的分类

1．3．2 电动汽车的特点

1．4 车载动力电池类型及特点

1．5 本文主要研究内容和研究意义

第2章 工作环境对LiFePO4锂离子电池性能的影响

2．1 实验部分

2．1．1 实验电池样品和设备

2．1．2 实验方法

2．1．3 正交实验方案

2．2 实验结果与讨论

2．2．1 单体电池放电实验结果分析

2．2．2 电池组放电实验结果分析

2．3 本章小结

第3章 LiFePO4锂离子电池热数学模型的建立及数值分析

3．1 电池热数学模型

3．1．1 导热理论基础

3．1．2 建立电池热数学模型

3．2 电池热数学模型求解方法简介

3．3 生热速率数值计算

3．4 单体电池放电行为及过程理论分析

3．4．1 扩散系数理论

3．4．2 恒流放电E~t曲线理论方程描述

3．4．3 恒流放电E~t曲线理论与实际对应分析

3．5 本章小结

第4章 锂离子电池的热特性ANSYS仿真分析

4．1 单体电池ANSYS热模拟分析

4．2 电池组ANSYS热模拟分析

4．3 本章小结

第5章 电池安装位置对电动汽车动态特性影响分析

5．1 车架有限元模型的建立及处理

5．2 车架自由模态分析

5．2．1 车架模态分析基础

5．2．2 车架自由模态计算

5．2．3 车架自由模态计算结果及分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果