动力电池热行为及其过热性分析

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1、分类号：U469.72单位代码：10183研究生学号：2014422133密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）动力电池热行为及其过热性分析TheAnalyticalResearchonThermalBehaviorandOverheatingCharacteristicsoftheTractionBattery作者姓名：薛宁专业：动力工程及工程热物理研究方向：汽车热管理与控制指导教师：高青教授培养单位：汽车工程学院2017年6月—————————————————————————————————动力电池热行为及其过热性分析————————————————————————————————

2、—TheAnalyticalResearchonThermalBehaviorandOverheatingCharacteristicsoftheTractionBattery作者姓名：薛宁专业名称：动力工程及工程热物理指导教师：高青教授学位类别：工学硕士答辩日期：2017年6月3日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教

3、师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据

4、库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：□√硕士□博士学科专业：动力工程与工程热物理论文题目：动力电池热行为及其过热性分析作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市人民大街5988号吉林大学南岭校区汽车工程学院热能工程系（130025）作者联系电话：摘要动力电池热行为及其过热性分析动力电池作为电动汽车的核心技术，其动力性与经济性的改善和提升一直都是研究重点，但是受冷却结构、材料以及布置空间与使用条件的限制，容易导致电池在工作中产热累积而引发热安全问题，显然，这已成为了限制动力电池可持续发展的技术瓶颈。因此，亟需开展关于动力电池在不同工况条件下的热力学—电化学特

5、性行为的研究，从本质上了解和掌握电池的工作性能，有助于分析和预测电池的热行为，并为电池热管理设计与相关控制策略提供合理可靠的参考依据。本文分析了锂离子单体电池在正常放电条件下、内部短路以及高温环境下三种不同机制工况条件下的产热特性和荷电特性。首先基于电池电化学机理，建立了片状锂离子电池单体的物理模型，分析了电池温度场、内部电流分布、电化学热以及焦耳热的变化机理，建立了更加系统全面的锂电池仿真分析。锂电池单体正常放电条件下的仿真结果表明：在绝热环境下，电池放电倍率直接影响电池单体的平均温升速率和温匀性。随着放电倍率的增大，电池温升速率增加，温度均匀性变差。在绝热环境下，电池初始温度直接影响电

6、池单体的温均性，初始温度越低，电池单体的温均性越差，当初始温度较高时，电池平均温升速率增加，电池工作温度很快超出合理的工作范围。荷电状态的不同也会影响电池平均温度的变化，荷电量较少的电池，其温度升高速率越快。通过分析与总结诸如短路深度、短路位置、短路截面积以及荷电状态等不同因素对锂离子电池单体工作特性的影响规律，得出如下结论：随着短路深度的增加以及短路截面积的增大，短路区域的最高温度以及最大电流会随之增大。相比于电池中心部位发生内部短路，当电池边缘区域发生内部短路时，短路区域的最高温度显著增加。另外，当电池发生内部短路时，随着电池的荷电量增加，电池短路区域最高温度随之升高。在内部短路发生过

7、程中，放电倍率对电池短路区域最高温度影响作用较小。最后，本文建立了电池置于高温环境下的热滥用模型，分析了温度变化和表面对流传热系数变化对电池单体特性的影响。仿真结果表明：当电池在较低的环境温度下工作时，电池单体仅体现出温升特性，并不会触发电池内部各材料的分解副反应；当环境温I度到达某一个高温点时，电池会出现急剧的温升现象，即触发了电池内部材料分解的热失控副反应；随着环境温度的升高，电池内部材料分解的热失控副反应的触发时间