基于CFD的纯电动客车锂离子电池箱散热分析与优化

摘要

针对某纯电动客车电池箱散热效果差的问题，本文以该车的电池箱散热系统为研究对象，建立了估算锂离子电池生热速率数学模型，采用三维软件UG建立电池箱的几何模型，并利用软件STAR-CCM+的表面重构、多面体网格生成器以及求解的功能，对该模型的速度场和温度场进行仿真和分析。通过添加导流板等措施，对改进后的电池箱进行正交实验，得到电池箱散热的最优方案。本文主要完成的内容如下： (1)对锂离子电池生热机理和电池生热速率公式进行相关研究，简化出锂离子电池生热速率计算模型； (2)通过对电池组散热方式的对比，选取电池箱散热方式为强制空冷，然后设计电池箱的三维几何模型，并对三维几何模型进行简化，使用STAR-CCM+软件对简化后的三维几何模型进行六面体网格划分； (3)动力电池在纯电动客车极限工况下工作时，采用STAR-CCM+软件对原电池箱进行CFD仿真计算分析，对原电池箱散热性能的不足之处提出了改进措施，并采用正交试验的方法减少试验次数。通过对正交试验的多指标实验数据分析和综合平衡法得到两个优方案，然后再对这两方案进行计算流体力学仿真计算，经过数据对比得到最优方案。 最终，对原电池箱调整电池箱进气口空气的流速和温度以及改变电池箱内空气流动的方向，得到的最优方案的仿真计算结果与原电池箱的仿真计算结果对比，单体电池最高温度降低3.06%；单体电池间温度差降低74.44%。

目录

第一章 绪论

1.1 锂离子电池箱散热研究的背景及意义

1.2 动力电池的发展历程

1.3 锂离子电池国内外研究的现状及分析

1.4 本文研究的主要内容

第二章 锂离子电池生热模型建立

2.1 锂离子电池工作原理

2.2 锂离子电池生热机理

2.3 整车和锂离子电池相关参数

2.4 锂离子电池的三维热模型

2.5 锂离子电池的生热速率模型

2.6 本章小结

第三章 电池箱的模型建立

3.1 动力电池箱冷却方式的选择

3.2 三维几何模型的建立

3.3 计算流体力学(CFD)

3.4 电池箱的几何模型简化及网格划分

3.5 本章小结

第四章 锂离子电池箱散热研究

4.1 原电池箱的CFD仿真计算及分析

4.2 正交试验设计

4.3 最优方案的电池箱CFD仿真计算及分析

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表论文