毕业论文（设计）电动汽车动力锂电池热特性与冷却方式研究

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1、电动汽车动力锂电池热特性与冷却方式研究摘要：本文以磷酸铁锂动力电池为研究对象，介绍了锂离子电池的产热机理和温度特性，设计和组装了实验系统，并进行了各种工况条件下的充放电实验。通过对不同工况下最高、最低温度点位置以及最大温升、最人温差等参数的分析，研究了电池间距、放电倍率、放电深度、翅片厚度、翅片高度、翅片材料等因素对电池组温度分布及其变化特性的影响。研究结果表明：电池组的最大温升和最大温差均随着放电深度的增加而升高；恒流放电倍率增大，热管理难度增加；在电池单体间留有一定间隙并不能有效改善电池组的温度分布；电池间加装金属翅片可显著改善电池组的温度分布，且

2、存在一个最佳翅片高度；在翅片高度一定的情况下，翅片越厚，热管理效果越好，但电池系统的质量也随之增加；同时，采用导热系数较大的翅片材料，可显著改善电池组的温度分布。关键词：电动汽车；锂离子动力电池；电池热管理；散热翅片0引言rti传统能源汽车产生的资源危机和环境污染FI趋严重，纯电动汽车通过充电设备进行充电，具有结构简单、低噪音、低价格、无排放等优点，成为快速发展的新能源汽车的代表,主导了新能源汽车发展的方向⑴。纯电动汽车依靠电池进行储能，电池的发展水平标志着纯电动汽车的发展水平，也成为制约纯电动汽车发展的瓶颈。电池的优劣和工作坏境直接关系着汽车的续航里

3、程、动力和安全、使用和寿命等各方面性能。⑵由于车辆空间有限，电池模块排列紧密，很容易引起电池组内热量的堆积，造成其温度超出最佳工作温度区间，严重影响电池的性能甚至会直接导致电池报废。此外，处于不同位置的电池单体对散热条件的要求不尽相同，若不能采取合理的散热结构对其进行热管理，则会导致电池组不同单体之间的温度有所差界，若差异过大,则高温处的电池相比低温处老化得快，长时间运行时会导致电池组内部各单体性能差异逐步加大，一致性受到较大破坏，最终会因高温区域电池寿命的缩短而导致电池组整体性能的下降以及使用寿命的缩短⑶。因此，为了保证电池组的使用寿命和安全性要求，

4、必须将电池组内各个电池单体的温度和各单体间的温度差异控制在一个合理的温度范围之内。因此，利用实验手段监测电池组在各种使用条件下的温度分布，进行散热方式的探究，対于发展动力电池热管理系统具有较为重要的指导意义〔铁1锂电池工作原理和产热机理1.1锂电池工作原理LiFePO4电池的工作原理如图1所示。电池的正极是橄榄石结构的LiFePOs中间是隔开正负极的聚合物隔膜，隔膜均有单项通过性，即Li*可以通过而电子&不能通过。负极由碳(石墨)组成，通过铜箔与电池负极相连。电池内部注有电解质。充电时，LT离开正极，穿过隔膜向负极迁移；放电时，Li*离开负极，穿过隔膜

5、向正极迁移。锂离子电池又称摇椅电池，就是因锂离子在充放电时来回迁移而命名的呵。科技部国际合作项目(2013DFG60080)：新能源汽车动力电池高性能化研究CoppernegativecurrentcollectorAluminiumpositivecunentcoiieaor图1锂离子电池的工作原理1.2锂电池产热机理电池总的生热量主要包括材料内阻生热（焦耳热）和内部复杂的化学反应生热（反应热）两部分⑹。电池内部热源大致分为：（l）SEI膜的热分解反应；（2）嵌锂碳和溶剂的化学反应；（3）嵌锂碳和氟化粘合剂的化学反应；（4）电解液的分解反应；（5）正

6、极发生的反应；（6）材料自身的反应；（7）正负极活性物质的熔变；（8）内阻产生的热量［肚］。热量的具体计算如所示：QP+0+Q+Q（0-1）其中，Q为锂离子电池总的产热量。Q,•为锂离子电池反应中锂离子和电子转移产生的化学反应热。0是锂离子电池的极化反应热。即截止电压与平衡电压ZI'可的电势差产生的热量。Qs是锂离子电池在充电和放电的过程中，随着锂动力电池中的电解质发生电解反应，自放电等反应统称为副反应，副反应产生的热量称为副反应热。Q•是由锂离子电池的内阻产生的焦耳热。⑼2实验设计2.1实验系统图2为锂电池热特性测试系统结构示意图。主要包括电池测试控

7、制系统、数据采集系统、风道系统、供给电源四部分。图3为电池测试系统原理图，其中棕色实线框内部分内置于电池组测试设备。实验前，可通过计算机向测试设备设定充放电方案，实验时测试设备按照设泄方案对电池组进行充放电，温度采集装置采集并记录电池组内的温度数据，内置于测试设备内的电压电流采集装置实时对电池组的总电压、总电流、单体电压等数据进行采集，并通过计算机与测试设备之间的通信模块传输至计算机进行显示和记录。Flo—otcr图2电池测试系统结构图削池控制模块电压采«存储損块通信橫块MCU单片机图3电池测试系统原理图电池测试控制系统主要负责电池充放电方案的设定，并

8、按照设定方案对电池进行具体的充放电操作。数据采集系统又分为温度数据采集、电压电流数据采集、空气