电动汽车镍氢动力电池系统热管理关键技术研究

摘要

随着能源紧缺和环境污染的进一步加剧，研发具有零排放和节能环保的电动汽车势在必行。电池组作为电动汽车的储能部件，是制约电动汽车发展的瓶颈所在，电池组在充放电过程中产生的热量不但影响电池组的工作性能和循环寿命，而且直接影响电池的安全性。为保障电池系统的有效散热和温度均衡，对电池组热管理技术的研究具有重要意义。
　　本课题以电动公交车用镍氢动力电池组为研究对象，通过分析单体电池在充放电过程中的生热原理，利用实验和数值仿真相结合的方法对电动汽车镍氢动力电池组散热系统的有效散热和单体间温度均衡进行了设计和优化。本文的主要内容包括：
　　首先，通过对镍氢动力电池热特性的分析，发现在充电过程中，充电初期只有主反应发生；当电池SOC≥80％时，同时伴随着副反应的发生，电池生热速率明显增加，温度上升较快。根据电化学反应中电子移动个数与反应生热量之间的关系推导出了单体电池的生热量计算公式。并通过实验计算出单体电池的等效比热容和热传导系数。
　　其次，按照电池组热管理系统的设计流程，从有效散热和单体间温度均衡两方面对电池组热管理系统进行了初步设计。主要包括电池组生热量的计算、风扇的选型、确定风道尺寸、选择电池排列方式等内容。然后建立几何模型，用流体动力学软件Fluent进行了仿真分析。并设计实验方案，通过和整车充电实验数据的对比。验证了仿真结果的正确性。
　　最后，经过分析，总结出上述散热系统存在的问题，并提出了相应的改进措施：1）采用并行通风方式；2）调整风道尺寸。通过对各项改进措施进行仿真，结果证明，采用上述改进措施后，在环境温度为38 DC的情况下，电池箱内的最高温度将低于50 DC，达到了预期的设计要求。此外，出于降低功耗的考虑，对电动公交在行驶过程中采用自然通风冷却方式的散热系统进行了仿真。结果证明，无论在大电流充电过程中，还是车辆行驶过程中，镍氢动力电池都将工作在合适的温度范围内。

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第一章 绪论

1.1电动汽车技术发展现状与趋势

1.2电动汽车动力电池系统热管理技术

1.3本文的研究内容及意义

第二章 单体镍氢动力电池生热原理研究

2.1 单体电池热特性分析

2.2镍氢动力电池热物性参数的计算

2.3 本章小结

第三章 镍氢动力电池组散热系统设计

3.1 镍氢动力电池组散热技术研究

3.2电池组散热系统设计

3.3散热系统仿真与分析

3.4 仿真计算结果分析

3.5整车实验与仿真结果的比较

3.6仿真结果进一步分析

3.7 本章小结

第四章 散热系统优化与仿真

4.1 散热系统的改进

4.2 优化后系统的仿真

4.3进一步讨论

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参与的科研项目