车用动力蓄电池被动式热管理系统的设计与研究

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1、硕士学位论文车用动力蓄电池被动式热管理系统的设计与研究（国家973项目资助编号：2011CB711203）姓名：李斌学号：1133133所在院系：汽车学院学科门类：工学学科专业：动力机械及工程指导教师：许思传教授副指导教师：常国峰副教授二〇一四年三月万方数据AthesissubmittedtoTongjiUniversityinconformitywiththerequirementsforthedegreeofMasterofScienceDesignandExperimentalStudyofPa

2、ssiveThermalManagementSystemforElectricVehicleBatteryPacksCandidate:LiBinStudentNumber:1133133School/Department:SchoolofAutomotiveStudiesDiscipline:EngineeringMajor:PowerMachineryandEngineeringSupervisor:Prof.XuSichuanViceSupervisor:AssociateProf.ChangG

3、uofengMarch,2014万方数据万方数据学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名：年月日万

4、方数据万方数据同济大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，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，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：年月日万方数据万方数据同济大学硕士学位论文摘要摘要能源危机和环境问题迫使人们更多的关注电动汽车。动力蓄电池作为电动汽车的核心部件，过高或过低的

5、温度对其充放电效率、容量、寿命和安全性等都有着不利影响。为保证电池正常工作，本文设计并研究了车用动力电池被动式热管理系统。本文以40Ah磷酸铁锂方形电池为研究对象，分析了锂离子电池的结构及工作原理，在其电化学特性基础上研究了电池产热机理。采用Bernadi模型为本文电池产热模型，利用实验手段测取了某型磷酸铁锂电池产热关键参数：内阻及温熵系数。锂离子电池的内阻与温度及充放电倍率有关：温度越高，充放电倍率越大，内阻越小。温熵系数随SOC的不同而有着不同的值，磷酸铁锂电池温熵系数小于钴酸锂电池等其他类锂离子

6、电池，有着更高的热稳定性。在电池产热模型的基础上分析了电池传热规律并建立了电池热效应模型。搭建电池产热实验平台，研究了不同环境温度下电池充放电过程中的温升以及常温环境下电池不同倍率的放电温升情况。在隔热环境中的不同初始温度下电池放电温升能够分成受初始温度、内阻与温度的关系以及SOC影响的三个阶段。电池的温升与放电倍率呈线性关系。20ºC环境温度下电池1.5C放电后最终温度为42.2ºC，超过40ºC，需要采取热管理措施以保证电池正常工作。利用锂电池产热关键参数及电池产热实验结论，建立了单电池集中参数模

7、型以及电池包的FLUENT仿真模型，对比了仿真结果与实验结果，为设计基于相变材料的被动式热管理系统提供依据。基于电池产热数据设计了采用石蜡/膨胀石墨复合相变材料结合高导热石墨片的6节单电池被动式冷却电池包，并进行了不同放电倍率、不同综合工况的实验研究。实验结果显示采用被动式冷却能够有效保证电池包温度不超过40ºC，改善内部温度均匀性。研究了采用被动式热管理的电池包在极寒环境下的保温性。基于6节单电池被动式冷却电池包的实验数据，利用AMESim搭建了采用动力蓄电池被动式热管理系统的纯电动汽车整车模型。采

8、用被动式热管理系统能够保证在20ºC环境温度下NEDC、极端工况的整车动力蓄电池组温度不超过40ºC，有效控制动力蓄电池组内的温差；但极端工况下的电池与复合相变材料温差偏大，需要改善复合相变材料的导热系数以提高整体传热系数，进一步改善温度均匀性。相变材料的相变温度宜结合当地环境温度，保证在20ºC~40ºC之间。关键词：动力蓄电池，电池热参数，复合相变材料，被动式热管理I万方数据TongjiUniversityMasterofScienceAbstrac