混合動力電動汽車電池包熱特性研究與優(yōu)化

【摘要】：能源短缺和環(huán)境污染問題已經(jīng)成為世界各國不得不面臨的兩大難題,面對嚴峻的形勢,各國政府和汽車行業(yè)在不斷的探索過程中均認識到發(fā)展新能源汽車可以在一定程度上緩解上述兩大問題。目前,混合動力汽車(HEV)被認為是應(yīng)對能源和環(huán)境問題的最主要對策和最現(xiàn)實的選擇之一。 動力電池作為混合動力汽車的主要能量來源之一,它的性能直接影響著HEV的整車性能。而影響動力電池性能的最主要的參數(shù)就是溫度,它也是車用動力電源系統(tǒng)中控制的最主要的參數(shù)之一。為了使動力電池達到最佳的性能和使用壽命,消除潛在危險,需要將動力電池包的溫度控制在一定范圍內(nèi),同時減少動力電池包內(nèi)溫度分布的不均勻性。因此對動力電池包熱特性進行研究具有重要意義。本文以某款混合動力汽車動力電池包為研究對象,運用數(shù)值法對動力鋰電池單體的溫升特性和動力電池包溫度場進行仿真模擬分析,并提出結(jié)構(gòu)改進方案。本文主要的研究內(nèi)容有： (1)分析了混合動力汽車的發(fā)展和動力鋰電池及其熱特性研究現(xiàn)狀。 (2)對動力鋰電池的結(jié)構(gòu)和工作原理進行了詳盡的論述,并對動力鋰電池單體的產(chǎn)熱機理進行分析研究,可知其生熱主要來自其焦耳熱和電化學(xué)反應(yīng)熱。 (3)分析研究了動力電池包內(nèi)部的傳熱方式和熱傳遞過程并找到了研究動力電池包的方法——計算流體動力學(xué)。 (4)分析研究了動力鋰電池散熱仿真分析的必要性并建立其散熱模型。確定動力鋰電池單體溫度場數(shù)值仿真模擬所需的物性參數(shù)、產(chǎn)熱速率等條件,并采用Icepak軟件對動力鋰電池單體在不同產(chǎn)熱速率下的溫升情況進行仿真分析研究。 (5)采用Icepak軟件建立動力電池包溫度場仿真分析模型并進行數(shù)值模擬分析,并根據(jù)分析結(jié)果對動力電池包進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 (6)對動力電池包熱管理系統(tǒng)的設(shè)計目標和基本流程進行簡要分析闡述,并對熱管理系統(tǒng)中的冷卻和加熱系統(tǒng)和動力電池包在整車所應(yīng)擺放的位置進行了分析研究。 【關(guān)鍵詞】：混合動力汽車 動力鋰電池 動力電池包 溫度場 Icepak
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U469.72
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 致謝8-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 混合動力汽車的發(fā)展現(xiàn)狀15-18
• 1.1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀15-17
• 1.1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀17-18
• 1.2 混合動力汽車的分類18-21
• 1.2.1 按混合方式分類19-21
• 1.2.2 按混合程度分類21
• 1.3 混合動力汽車車用電池21-22
• 1.4 混合動力汽車車用電池熱特性研究現(xiàn)狀22-23
• 1.5 課題的研究內(nèi)容、研究方法和研究意義23-25
• 第二章 混合動力汽車車用動力鋰電池熱性能研究25-32
• 2.1 動力用鋰電池性能指標25-27
• 2.2 動力用鋰電池結(jié)構(gòu)及工作原理27-29
• 2.2.1 動力用鋰電池結(jié)構(gòu)27-28
• 2.2.2 動力用鋰電池的工作原理28-29
• 2.3 動力用鋰電池生熱機理及安全性能29-31
• 2.3.1 生熱機理29-30
• 2.3.2 安全性能30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 動力電池包散熱基礎(chǔ)理論及研究方法32-42
• 3.1 動力電池包的散熱傳熱特性分析32-34
• 3.1.1 散熱傳熱的基本方式32-33
• 3.1.2 動力電池包內(nèi)的熱傳遞33-34
• 3.2 動力電池包的傳熱分析研究方法34-35
• 3.2.1 實驗法34
• 3.2.2 解析法34
• 3.2.3 數(shù)值法34-35
• 3.3 計算流體力學(xué)(CFD)基礎(chǔ)理論35-40
• 3.3.1 計算流體力學(xué)基本控制方程35-38
• 3.3.2 計算流體力學(xué)求解過程38-39
• 3.3.3 有限體積法及其基本思想39-40
• 3.4 仿真軟件——Icepak40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第四章 動力鋰離子電池模型建立與仿真分析42-55
• 4.1 動力鋰電池散熱仿真分析的目的和必要性42
• 4.2 動力鋰電池的散熱模型的建立42-43
• 4.3 動力鋰電池仿真參數(shù)的確定方法43-45
• 4.3.1 熱物性參數(shù)43-45
• 4.3.2 產(chǎn)熱速率45
• 4.3.3 定解條件(初始條件和邊界條件)45
• 4.4 動力鋰電池單體電池仿真參數(shù)的確定45-46
• 4.5 動力鋰電池單體溫度場仿真分析46-54
• 4.5.1 動力鋰電池單體電池三維模型的建立47-48
• 4.5.2 動力鋰電池計算模型網(wǎng)格劃分及求解設(shè)定48-49
• 4.5.3 不同放電倍率對動力鋰電池單體溫度的影響49-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 第五章 動力電池包散熱仿真分析與熱管理系統(tǒng)設(shè)計初步55-71
• 5.1 動力電池包散熱仿真分析55-62
• 5.1.1 動力電池包三維模型的建立56-57
• 5.1.2 動力電池包網(wǎng)格劃分及求解設(shè)定57-59
• 5.1.3 常溫下動力電池包溫度場仿真與分析59-60
• 5.1.4 惡劣路況下動力電池包溫度場仿真與分析60-62
• 5.2 影響動力電池包散熱的因素研究62-63
• 5.3 動力電池包散熱結(jié)構(gòu)優(yōu)化63-67
• 5.3.1 結(jié)構(gòu)改進方案63-64
• 5.3.2 改進前后仿真結(jié)果分析與對比64-67
• 5.3.3 動力電池包結(jié)構(gòu)改進評價67
• 5.4 動力電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計初步67-70
• 5.4.1 動力電池包熱管理系統(tǒng)設(shè)計基本流程和設(shè)計目標67-68
• 5.4.2 動力電池包散熱冷卻和加熱系統(tǒng)68-70
• 5.4.3 動力電池包放置位置的選取70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 第六章 總結(jié)與展望71-73
• 6.1 總結(jié)71-72
• 6.2 展望72-73
• 參考文獻73-76
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文76

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