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混合动力电动汽车电池包热特性研究与优化

作　者: 曹昌胜
导　师: 曹文钢
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 混合动力汽车动力锂电池动力电池包温度场 Icepak
分类号: U469.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

能源短缺和环境污染问题已经成为世界各国不得不面临的两大难题,面对严峻的形势,各国政府和汽车行业在不断的探索过程中均认识到发展新能源汽车可以在一定程度上缓解上述两大问题。目前,混合动力汽车(HEV)被认为是应对能源和环境问题的最主要对策和最现实的选择之一。动力电池作为混合动力汽车的主要能量来源之一,它的性能直接影响着HEV的整车性能。而影响动力电池性能的最主要的参数就是温度,它也是车用动力电源系统中控制的最主要的参数之一。为了使动力电池达到最佳的性能和使用寿命,消除潜在危险,需要将动力电池包的温度控制在一定范围内,同时减少动力电池包内温度分布的不均匀性。因此对动力电池包热特性进行研究具有重要意义。本文以某款混合动力汽车动力电池包为研究对象,运用数值法对动力锂电池单体的温升特性和动力电池包温度场进行仿真模拟分析,并提出结构改进方案。本文主要的研究内容有：(1)分析了混合动力汽车的发展和动力锂电池及其热特性研究现状。(2)对动力锂电池的结构和工作原理进行了详尽的论述,并对动力锂电池单体的产热机理进行分析研究,可知其生热主要来自其焦耳热和电化学反应热。(3)分析研究了动力电池包内部的传热方式和热传递过程并找到了研究动力电池包的方法——计算流体动力学。(4)分析研究了动力锂电池散热仿真分析的必要性并建立其散热模型。确定动力锂电池单体温度场数值仿真模拟所需的物性参数、产热速率等条件,并采用Icepak软件对动力锂电池单体在不同产热速率下的温升情况进行仿真分析研究。(5)采用Icepak软件建立动力电池包温度场仿真分析模型并进行数值模拟分析,并根据分析结果对动力电池包进行结构优化。(6)对动力电池包热管理系统的设计目标和基本流程进行简要分析阐述,并对热管理系统中的冷却和加热系统和动力电池包在整车所应摆放的位置进行了分析研究。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-15
第一章绪论  15-25
  1.1 混合动力汽车的发展现状  15-18
    1.1.1 国外发展现状  15-17
    1.1.2 国内发展现状  17-18
  1.2 混合动力汽车的分类  18-21
    1.2.1 按混合方式分类  19-21
    1.2.2 按混合程度分类  21
  1.3 混合动力汽车车用电池  21-22
  1.4 混合动力汽车车用电池热特性研究现状  22-23
  1.5 课题的研究内容、研究方法和研究意义  23-25
第二章混合动力汽车车用动力锂电池热性能研究  25-32
  2.1 动力用锂电池性能指标  25-27
  2.2 动力用锂电池结构及工作原理  27-29
    2.2.1 动力用锂电池结构  27-28
    2.2.2 动力用锂电池的工作原理  28-29
  2.3 动力用锂电池生热机理及安全性能  29-31
    2.3.1 生热机理  29-30
    2.3.2 安全性能  30-31
  2.4 本章小结  31-32
第三章动力电池包散热基础理论及研究方法  32-42
  3.1 动力电池包的散热传热特性分析  32-34
    3.1.1 散热传热的基本方式  32-33
    3.1.2 动力电池包内的热传递  33-34
  3.2 动力电池包的传热分析研究方法  34-35
    3.2.1 实验法  34
    3.2.2 解析法  34
    3.2.3 数值法  34-35
  3.3 计算流体力学(CFD)基础理论  35-40
    3.3.1 计算流体力学基本控制方程  35-38
    3.3.2 计算流体力学求解过程  38-39
    3.3.3 有限体积法及其基本思想  39-40
  3.4 仿真软件——Icepak  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章动力锂离子电池模型建立与仿真分析  42-55
  4.1 动力锂电池散热仿真分析的目的和必要性  42
  4.2 动力锂电池的散热模型的建立  42-43
  4.3 动力锂电池仿真参数的确定方法  43-45
    4.3.1 热物性参数  43-45
    4.3.2 产热速率  45
    4.3.3 定解条件(初始条件和边界条件)  45
  4.4 动力锂电池单体电池仿真参数的确定  45-46
  4.5 动力锂电池单体温度场仿真分析  46-54
    4.5.1 动力锂电池单体电池三维模型的建立  47-48
    4.5.2 动力锂电池计算模型网格划分及求解设定  48-49
    4.5.3 不同放电倍率对动力锂电池单体温度的影响  49-54
  4.6 本章小结  54-55
第五章动力电池包散热仿真分析与热管理系统设计初步  55-71
  5.1 动力电池包散热仿真分析  55-62
    5.1.1 动力电池包三维模型的建立  56-57
    5.1.2 动力电池包网格划分及求解设定  57-59
    5.1.3 常温下动力电池包温度场仿真与分析  59-60
    5.1.4 恶劣路况下动力电池包温度场仿真与分析  60-62
  5.2 影响动力电池包散热的因素研究  62-63
  5.3 动力电池包散热结构优化  63-67
    5.3.1 结构改进方案  63-64
    5.3.2 改进前后仿真结果分析与对比  64-67
    5.3.3 动力电池包结构改进评价  67
  5.4 动力电池包热管理系统设计初步  67-70
    5.4.1 动力电池包热管理系统设计基本流程和设计目标  67-68
    5.4.2 动力电池包散热冷却和加热系统  68-70
    5.4.3 动力电池包放置位置的选取  70
  5.5 本章小结  70-71
第六章总结与展望  71-73
  6.1 总结  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士期间发表的论文  76

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