密闭电池舱段内锂离子电池热分析研究

摘要

锂离子电池凭借其性能优点在各方面都得到了大量应用，但其在应用过程中的发热问题是一个必须注意的问题，它不仅影响锂离子电池的性能，也产生安全问题。基于此，本文应用ANSYS分析计算了密闭电池舱段内锂离子电池组的温度场，研究了锂离子电池的发热问题。 本文首先对锂离子电池进行了介绍：包括特点、分类、工作原理、材料以及发热机理，并在传热理论的基础上建立了锂离子电池的热数学模型。接着应用ANSYS对单个锂离子电池进行了温度场分析，并对这种方法进行了准确性验证。然后根据锂离子电池组的工作情况，计算了电池舱段的边界条件，建立了电池舱段的有限元模型，通过非稳态计算分别得到了方形电池组和圆柱形电池组的温度场，并对两者进行了比较，分析了不同航速对电池组温度场的影响。最后根据计算结果提出了自己对如何降低电池组温度的建议。 本文通过对大型有限元软件的应用，探索出了ANSYS软件用于解决复杂问题的方法及应用特点。本文的分析结果为更好地解决锂离子电池在应用过程中的发热问题，提供了有价值的参考依据。

目录

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第一章绪论

1.1本文的研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容

1.4本文采用的研究方法

1.4.1热分析简介

1.4.2热分析研究方法

1.4.3本文采用的研究方法

1.5本章小结

第二章锂离子电池概论

2.1锂离子电池的发展简史

2.2与电池有关的一些基本概念

2.3锂离子电池的分类及特点

2.3.1锂离子电池的分类

2.3.2锂离子电池的特点

2.3.3存在的问题

2.4锂离子电池的原理

2.5锂离子电池的材料

2.5.1正极材料

2.5.2负极材料

2.5.3非水液体电解质

2.5.4聚合物电解质

2.6锂离子电池性能的改进

2.6.1 正极材料性能的改善

2.6.2负极材料性能的改善

2.6.3电解液性能的改善

2.7本章小结

第三章锂离子电池热模型的建立

3.1导热的理论基础

3.1.1傅立叶定律

3.1.2导热微分方程

3.1.3单值性条件

3.2锂离子电池热数学模型的建立

3.2.1圆柱形锂离子电池热数学模型的建立

3.2.2方形锂离子电池热数学模型的建立

3.2.3边界条件的确立

3.3锂离子电池的发热机理

3.4本章小结

第四章有限元和ANSYS介绍

4.1有限元法介绍

4.1.1有限元法原理简介

4.1.2有限元法的基本步骤

4.1.3有限元法的优点

4.2有限元格式的建立

4.2.1变分法

4.2.2加权余量法

4.3传热问题中的有限元法

4.4 ANSYS简介

4.4.1 ANASYS软件概述

4.4.2 ANSYS的基本组成

4.4.3 ANSYS功能简介

4.5 ANSYS在热分析中的应用

4.5.1 ANSYS热分析基本原理

4.4.2热分析单元

4.4.3 ANSYS在热分析应用中存在的问题

4.5本章小结

第五章锂离子电池的温度场分析

5.1构造锂离子电池的有限元模型

5.1.1锂离子电池的实体模型

5.1.2锂离子电池热力学参数的确定

5.1.3锂离子电池有限元模型的建立

5.2载荷的确定和施加

5.2.1初始条件的确定

5.2.2边界条件的确定

5.2.3电池内部生成热的确定

5.2.4载荷步数的确定

5.3结果分析

5.3.1不同放电速率对电池温度场均匀性的影响

5.3.2不同对流换热系数对电池温度场均匀性的影响

5.3.3不同放电速率对电池最高温度的影响

5.3.4不同对流换热系数对电池最高温度的影响

5.4计算方法的准确性验证

5.5本章小结

第六章密闭电池舱段内锂离子电池组温度场分析

6.1构造锂离子电池组的有限元模型

6.1.1方形电池组模型的建立

6.1.2圆柱形电池组模型的建立

6.1.3各种材料的材料特性

6.1.4网格划分

6.2边界条件的确定

6.2.1电池舱段壳体外壁与海水间的对流换热系数

6.2.2电池舱段与后段之间的热流密度

6.3载荷的确定和施加

6.4结果分析

6.4.1方形电池组的温度场

6.4.2圆柱形电池组的温度场

6.4.3两者间的比较

6.5不同航速对电池组温度场的影响

6.6改进措施

6.7本章小结

全文总结

参考文献

发表论文

致谢