纯电动汽车用锂离子电池组热管理的实验研究

摘要

近年来，随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，小型汽车已逐步走进千家万户，成为人们出行的必备之物。电动汽车凭借其零排放、噪声小、结构简单、能源利用效率高等诸多优点，已成为新能源汽车的首选。然而，动力电池一直是制约新能源汽车发展的技术瓶颈，存在着成本较高、能量密度较低、寿命短、间接污染严重、输电配电设施不健全等诸多问题。锂离子电池因为具有诸多优点，已成为电动汽车的主要电源。但是，锂离子电池在使用时会产生大量的热量，若不采取有效的热管理措施，将导致电池组温度过高、单体电池间温度分布不均衡等问题，严重影响电池组的使用寿命和动力性能，甚至会因高温而产生安全问题。因此，开发利用合理的电池组热管理系统，优化电池组的散热结构显得尤为重要。
　　本文以磷酸铁锂动力电池为研究对象，介绍了锂离子电池的产热机理和温度特性，设计和组装了实验系统，并进行了各种工况条件下的充放电实验，实验条件主要是改变电池组的冷却方式和放电倍率。冷却方式包括无间隙自然冷却、等间隙自然冷却、加装纯铝翅片自然冷却、加装纯铜翅片自然冷却等，采用的放电倍率主要有0.5C、1C、1.5C、2C、2.5C、3C。通过对不同工况下最高、最低温度点位置以及最大温升、最大温差等参数的分析，研究了电池间距、放电倍率、放电深度、翅片厚度、翅片高度、翅片材料等因素对电池组温度分布及其变化特性的影响。
　　研究结果表明:电池组的最大温升和最大温差均随着放电深度的增加而升高;电池放电初期和末期温升较快，放电中期温升较慢;电池组的最高温度分布在中央电池电极下方，最低温度分布在电池组外侧电池的外表面下方，且整个放电过程中电池组的最高、最低温度点位置较为稳定;恒流放电倍率增大，同一结构下电池组的最大温升和最大温差均随之增大，即热管理难度增加;在电池单体间留有一定间隙并不能有效改善电池组的温度分布，且在一定程度上加剧了电池组温度分布的不均匀性;电池间加装金属翅片可显著改善电池组的温度分布，且存在一个最佳翅片高度;在翅片高度一定的情况下，翅片越厚，热管理效果越好，但电池系统的质量也随之增加;同时，采用导热系数较大的翅片材料，可显著改善电池组的温度分布。

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摘要

图清单

表清单

字母注释表

第一章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 新能源汽车的分类及特点

1．3 汽车动力电池的分类及特点

1．4 动力电池组的热管理

1．5 本文研究内容

第二章 锂电池的热特性及实验方案

2．1 内部结构和工作原理

2．2 生热机理

2．3 实验设计

2．4 本章小结

第三章 实验结果及分析

3．1 最高、最低温度点的位置

3．2 电池间距对电池组热特性的影响

3．3 放电深度对电池组热特性的影响

3．4 放电倍率对电池组热特性的影响

3．5 翅片厚度对电池组热特性的影响

3．6 翅片高度对电池组热特性的影响

3．7 翅片材料对电池组热特性的影响

3．8 本章小结

第四章 全文总结和展望

4．1 全文总结

4．2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢