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电动汽车锂电池温度场研究及优化设计-人机与环境工程专业论文
承诺书 本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和 致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 (必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名: 日 期: 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 电动汽车锂电池温度场研究及优化设计 电动汽车锂电池温度场研究及优化设计 摘 要 本文在总结纯电动汽车热管理研究现状的基础上,提出锂离子电池组热管理的目标是使电 池组工作在最佳温度范围 20℃--40℃内且均匀,超出温度范围会使电池性能大幅度下降甚至发 生安全隐患。通过准确的热电耦合模型计算电池的温度场显得尤为重要。 本文研究对象是国产某型纯电动汽车用锂电池,基于电池物性参数和生热原理建立电池的 导热微分方程,利用中心差分法求解三维非稳态有内热源的能量方程,并运用 MATLAB 编写 程序计算 70A 放电一小时后,电池外表面温度与实际测量温度不超过 3℃。利用 ANSYS 建立 电池单体热电耦合模型,模拟计算自然对流下 70A 放电一小时后,电池温度场与实验温差不超 过 2℃。从散热面、对流系数、外壳材料分析温度场的变化,三种因素的合理选择和有效组合 有利于电池单体的散热,其中散热面的影响最大。 以电池组单体最高温度平均值达到最低为目标函数,利用 ANSYS 的优化设计模块和参数 化程序语言 APDL 对电池组单体排列结构进行优化设计,优化结果显示在 1C 放电至热平衡工 况时,6×2 的排列结构散热效果最好,使电池组的最高温由 41.2℃降至 31.3℃。运用此结构分 析一种恶劣工况即周围空气温度 40℃电池箱的散热情况,电池箱的最高温接近工作温度的上 限,由此对于能持续大功率充放电的纯电动汽车,必须进行强制冷却。 运用优化结构提出一个电池箱强制通风的方案,进过多次改进,最后使得在恶劣工况进气 温度 313K,风速 15m/s 条件下,电池组内最高温度被控制在 55℃以下,同时保证电池温度的 一致性。 关键词:纯电动汽车,锂离子电池,电池组,温度场,散热,排列,结构优化 I PAGE PAGE IV III III ABSTRACT Based on the summary of research status on the basis of pure electric vehicle thermal management proposed lithium-ion battery group managements goal is to make the battery work at optimum temperature range 20℃-40℃and uniform ,beyond the temperature range may degrade battery performance or security risks. Through precise heat coupled model battery temperature is particularly important. This study is made of a pure lithium-ion batteries for electric vehicles, battery through research monomer related thermal properties and heat-producing mechanism establish battery thermal conduction differential equation, using central difference method for solving equations of three dimensional unsteady heat energy, and using MATLAB programming,70A discharged an hour later, battery outer surface temperature And the actual measured temperature does not exceed 3 degrees centigrade. Using ANSYS to establish battery electric coupled model simulation 70A dischar
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