動力電池的熱安全問題是電動汽車所面臨的關(guān)鍵問題之一,為保證電池的熱安全本文設計了一種動力電池散熱系統(tǒng),同時研究了散熱系統(tǒng)的流場分布情況對于電池溫度特性的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)散熱系統(tǒng)的流場分布越均勻其對電池的冷卻效果越好。本文以三元方形電池為研究對象,在分析單體電池的生熱機理和傳熱機理的基礎上,建立了電池單體的導熱數(shù)學模型,研究得到單體電池在放熱過程中的發(fā)熱率及熱物性參數(shù)。并通過數(shù)值方法和實驗方法得到電池的溫度差異小于6%,由此判斷數(shù)值方法的可靠性。在建立電池組簡化模型的基礎上,設計了不同流道形式的多種散熱結(jié)構(gòu)。其中之一采用Lagrangian數(shù)乘法在結(jié)構(gòu)體積不變的約束下使得流體能耗最優(yōu)化,由此設計出了一種以樹狀分形為流體分配方式的散熱結(jié)構(gòu)。使用STAR-CCM+軟件對各個模型進行仿真,結(jié)果表明:散熱結(jié)構(gòu)的流量分布越均勻則電池模組的溫度一致性越好,模組的表面溫度也最低。同時分析了電池放電倍率、環(huán)境溫度、冷卻液流速這三種因素對于電池溫度場的影響情況,其中電池放電倍率因素的所占權(quán)重最大。在冷卻液流速分別為0.435m/s、0.541 m/s、0.645 m/s時,電池表面的最高溫度相差在0.2℃以... 

【文章來源】：中北大學山西省

【文章頁數(shù)】：101 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

自熱風冷式工作過程

中北大學學位論文4在冷卻時主動風冷方式會有較大的壓力損耗，以及電池間溫度分布不均勻等問題產(chǎn)生，這是由于其受外部的環(huán)境溫度影響較大和空氣較低的熱導率等因素的影響。圖1-2強制風冷式工作過程Figure1-2Forcedair-cooledworkprocessAhmed[7]等人設計了串行和并行兩種送風方式（圖1-3），得出并行送風通過使用楔形進出口的方法可減小電池組間的溫度差異。Mahamud[8]等研究了采用控制翻板閥門來調(diào)節(jié)冷卻氣體的流向，以達到降低包內(nèi)溫度及不均勻情況。梁昌杰[9]則研究了在電池包內(nèi)增加各式擾流板對其散熱能力的影響，得出加裝擾流板可提高其效果。圖1-3主動式風冷進風方式示意：(a)串行送風方式，(b)并行送風方式Figure1-3Schematicdiagramofactiveair-cooledairintake:(a)serialairsupply,(b)parallelairsupply液體冷卻主要為液體直接或間接接觸電池帶走熱量的方式，通常要求液體擁有較高的導熱系數(shù)。直接接觸方案為直接將電池放在液體中，液體通常采用硅基油、礦物油等有機油類，因為此類液體滿足絕緣和導熱系數(shù)高的要求，此類介質(zhì)通常其黏度較大、流動性能弱的特性，不利于換熱。間接接觸式的傳輸介質(zhì)一般為水、乙二醇、水和乙二醇的混合物等，此類物質(zhì)的換熱系數(shù)高同時流動性強，不過由于其不具有絕緣性，為避免液體泄漏發(fā)生電池短路，須保證管道的密封性。因此該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為繁雜，成本亦相應較高。

中北大學學位論文4在冷卻時主動風冷方式會有較大的壓力損耗，以及電池間溫度分布不均勻等問題產(chǎn)生，這是由于其受外部的環(huán)境溫度影響較大和空氣較低的熱導率等因素的影響。圖1-2強制風冷式工作過程Figure1-2Forcedair-cooledworkprocessAhmed[7]等人設計了串行和并行兩種送風方式（圖1-3），得出并行送風通過使用楔形進出口的方法可減小電池組間的溫度差異。Mahamud[8]等研究了采用控制翻板閥門來調(diào)節(jié)冷卻氣體的流向，以達到降低包內(nèi)溫度及不均勻情況。梁昌杰[9]則研究了在電池包內(nèi)增加各式擾流板對其散熱能力的影響，得出加裝擾流板可提高其效果。圖1-3主動式風冷進風方式示意：(a)串行送風方式，(b)并行送風方式Figure1-3Schematicdiagramofactiveair-cooledairintake:(a)serialairsupply,(b)parallelairsupply液體冷卻主要為液體直接或間接接觸電池帶走熱量的方式，通常要求液體擁有較高的導熱系數(shù)。直接接觸方案為直接將電池放在液體中，液體通常采用硅基油、礦物油等有機油類，因為此類液體滿足絕緣和導熱系數(shù)高的要求，此類介質(zhì)通常其黏度較大、流動性能弱的特性，不利于換熱。間接接觸式的傳輸介質(zhì)一般為水、乙二醇、水和乙二醇的混合物等，此類物質(zhì)的換熱系數(shù)高同時流動性強，不過由于其不具有絕緣性，為避免液體泄漏發(fā)生電池短路，須保證管道的密封性。因此該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為繁雜，成本亦相應較高。

【參考文獻】：
期刊論文
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[7]支路阻抗可調(diào)并聯(lián)管路流量均布實驗研究[J]. 萬智華,王國平,陳宏振,蘇長滿,陳建.  實驗科學與技術(shù). 2015(03)
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博士論文
[1]微電網(wǎng)中電動汽車儲能優(yōu)化控制及儲能梯級利用研究[D]. 吳盛軍.東南大學 2017
[2]鋰離子電池數(shù)值模型研究[D]. 馮毅.中國科學院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所） 2008

碩士論文
[1]車載動力電池組熱管理仿真模擬與優(yōu)化[D]. 侯大鵬.浙江大學 2017
[2]熱耦合并聯(lián)通道中超臨界碳氫燃料流量分配與熱特性研究[D]. 徐亞興.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[3]液冷式電池熱管理系統(tǒng)設計及其正交優(yōu)化[D]. 邱安.湖南大學 2017
[4]電動汽車電池檢測與容量估算的研究[D]. 劉小東.天津理工大學 2017
[5]二氧化碳微通道平行流氣冷器流量分配特性研究[D]. 張蒙蒙.鄭州大學 2015
[6]鋰離子電池鈦酸鋰負極材料的制備及電化學性能研究[D]. 張勇.重慶大學 2015
[7]基于熱管技術(shù)的汽車動力電池組熱控系統(tǒng)研究[D]. 陳維.華南理工大學 2014
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本文編號：3569648