動力鋰離子電池系統(tǒng)熱管理研究.pdf

1、對鋰離子電池系統(tǒng)進(jìn)行熱管理是保證電池使用安全、延長電池使用壽命和提升電池系統(tǒng)性能不可或缺的環(huán)節(jié)。隨著近年來新能源車輛跨越式的發(fā)展，鋰離子電池單體的容量與尺寸逐漸增大、電池系統(tǒng)包含的電池數(shù)量逐漸增加、高功率運(yùn)行工況逐漸增多，給鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的設(shè)計與優(yōu)化帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為解決大型動力鋰離子電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)開發(fā)與設(shè)計中遇到的難題，本文研究工作圍繞電池建模、電池?zé)崽匦匝芯?、散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計和散熱控制策略等電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)展開。<

2、br>　　首先，針對電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)設(shè)計各階段的不同模型需求，分別建立了鋰離子電池的機(jī)理模型、集總參數(shù)熱-電耦合等效電路模型和分布參數(shù)熱-電耦合等效電路模型;推導(dǎo)了各模型的數(shù)值解法;通過模型仿真結(jié)果與實驗結(jié)果的對比，驗證了各模型的精度;分析了放電過程中固相/液相鋰離子濃度、固相與液相的交換電流、極片上電勢、極片內(nèi)電流、垂直極片平面的電流和極片平面內(nèi)的溫度等電池內(nèi)部變量的分布和發(fā)展規(guī)律。
　　其次，通過實驗研究了電池工作溫度對電池內(nèi)阻

3、、容量利用率、能量利用率以及容量衰退速率等特性的影響;提取了容量衰退率、能量利用率和滿載工作時間等參數(shù)作為影響熱管理系統(tǒng)溫度控制目標(biāo)的關(guān)鍵因子;提出了基于關(guān)鍵因子的熱管理系統(tǒng)溫度控制目標(biāo)優(yōu)化方法。
　　再次，研究了不同散熱方式的結(jié)構(gòu)，建立了空氣冷卻、散熱片冷卻、直接液冷和間接液冷等現(xiàn)有散熱方式的流-熱耦合模型，仿真分析了流體流速對各冷卻方式的影響，從散熱系統(tǒng)的額外增重、散熱性能和熱管理系統(tǒng)能耗等多個角度對比分析了各散熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)

4、;提出了極耳散熱方法，搭建了電池單體極耳散熱效果測試平臺，并通過實驗驗證了極耳散熱方式不僅能夠滿足大型軟包動力鋰離子電池在高倍率持續(xù)運(yùn)行工況下的散熱需求，還能夠消除極耳連接內(nèi)阻對電池極耳附近溫度的影響并保持電池本體溫度的一致性。
　　最后，針對一個大容量軟包動力鋰離子電池模組提出了不同的極耳散熱方案，并通過實驗測試了各方案的散熱效果;搭建了包含半導(dǎo)體制冷環(huán)節(jié)的電池模組溫度控制平臺，并通過實驗獲得了面向控制的極耳散熱電池模組的熱模型