有軌電車鈦酸鋰電池充放電過程溫度控制研究.pdf

1、有軌電車因為其大運(yùn)載量、低運(yùn)行成本、無直接污染等優(yōu)勢，受到世界各國的青睞。鈦酸鋰電池作為有軌電車動力系統(tǒng)的組成部分之一，其性能的好壞直接影響到有軌電車的發(fā)展。然而，鈦酸鋰電池在充放電時會產(chǎn)生熱量，當(dāng)電池溫度過高或者電池組內(nèi)電池間溫差過大時，不僅會影響電池的使用性能和使用壽命，甚至?xí)l(fā)生起火、爆炸等危險。所以，對電池組進(jìn)行有效的溫度控制，使電池處于適宜的溫度范圍內(nèi)正常工作，對于有軌電車的發(fā)展具有重要意義。因此，本文針對有軌電車車載鈦酸鋰電

2、池，設(shè)計了相變材料-空氣耦合溫度控制系統(tǒng)，并通過理論分析、實驗研究和三維數(shù)值計算等方法對相變材料-空氣耦合溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析，研究成果可為有軌電車車載鈦酸鋰電池的散熱設(shè)計提供參考。主要研究內(nèi)容如下:
　　本文首先簡要闡述了鋰離子電池的基本結(jié)構(gòu)和生熱原理，并對鈦酸鋰電池的生熱模型作了假設(shè)和簡化。然后計算出了鈦酸鋰電池的物性參數(shù)及生熱速率，并通過采用實驗與數(shù)值計算的對比驗證了鈦酸鋰單體電池生熱模型的可靠性，為電池組溫度控制系統(tǒng)

3、的研究分析提供了理論基礎(chǔ)。
　　針對鈦酸鋰電池的形狀尺寸，并結(jié)合動力電池常用散熱方式的優(yōu)點，選擇泡沫銅/石蠟復(fù)合相變材料作為冷卻介質(zhì)，設(shè)計出了相變材料-空氣耦合溫度控制系統(tǒng)。然后根據(jù)實驗研究分析了電池充放電倍率為1C和2C時，相變材料-空氣耦合溫度控制系統(tǒng)對電池溫度的控制效果。
　　采用Fluent軟件建立了相變材料-空氣耦合溫度控制系統(tǒng)數(shù)值計算模型，并通過實驗數(shù)據(jù)驗證了數(shù)值計算方法的可靠性。然后利用驗證后的數(shù)值計算方法和模

4、型分析了相變材料-空氣耦合溫度控制系統(tǒng)中電池充放電倍率、復(fù)合相變材料、對流換熱區(qū)導(dǎo)熱片高度和冷卻空氣等因素對溫度控制效果的影響。
　　最后采用多元線性回歸分析法得到了相變材料處于糊狀區(qū)時，相變材料-空氣耦合溫度控制系統(tǒng)對流換熱區(qū)努塞爾數(shù)Nu的關(guān)聯(lián)式，并在此基礎(chǔ)上通過理論推導(dǎo)得到了相變材料-空氣耦合溫度控制系統(tǒng)對流換熱區(qū)的對流換熱量Q與對流換熱區(qū)導(dǎo)熱片高度H、冷卻空氣進(jìn)口溫度tin、冷卻空氣流動速度V之間的關(guān)系式，該關(guān)系式可為相變材