电动汽车电池温度场之分析及应用

论文摘要

锂电池比同类电池具有更加优异的性能，在电动汽车的应用广泛。但是以电池作为主动力能源不可避免的会产生大量的热量，这不仅影响了电池正常工作和寿命，对汽车安全性也会产生影响。基于中科院电动汽车项目，本论文对电池工作时发热进行了详细的分析。具体工作如下：1.根据电池的生热原理及传热学理论建立电池的导热微分方程，为计算电池温度提供了理论依据，其中包括适用于长方体电池的直角坐标系热模型，适用于圆柱体电池的柱坐标系热模型，同时也推导了球坐标系的导热微分方程。并依据有限元理论建立导热方程的有限元形式，为计算出电池温度提供了数值途径。2.深入分析电池的内部结构，建立了电池的5种实体模型，讨论得出各种模型的优劣。应用ANSYS软件模拟分析了放电率和对流边界条件对电池温度场的影响。模拟实际电池包温度场分布，确定设计电池包热管理的必要性。3.综合前面的分析，进行电池包热管理系统的设计，包括：组成电池包的单体电池选择（长方体还是圆柱体）、电池包排列方式、电池包组合方式、电池包散热设计、电池包加热设计。同时在电池包散热设计中做了以下设计：电池包冷却方式（气冷还是液冷）、电池包冷却风温、电池包通风方式。以上设计基本都应用了仿真分析验证其可行性。本文通过翔实的理论分析及计算，确定电动汽车所用的锂离子电池的模型和边界条件，应用ANSYS模拟不同条件下锂离子电池的温度分布情况，并基于此设计电池热管理系统。本文的研究工作对开发锂离子电池有着重要的理论指导意义和应用参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究的现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 我国发展概况
• 1.3 本课题的主要工作
• 1.4 论文构架
• 第2章 锂离子电池传热模型之建立
• 2.1 引言
• 2.2 锂离子电池概述
• 2.2.1 锂离子电池结构及工作原理
• 2.2.3 锂离子电池的生热机理安全性能
• 2.3 锂离子电池的热模型
• 2.3.1 锂离子电池传热原理
• 2.3.2 直角坐标系热模型
• 2.3.3 柱坐标系热模型
• 2.3.4 球坐标系热模型
• 2.3.5 边界条件
• 2.4 建立热分析的有限元格式
• 2.4.1 有限元法的基本步骤
• 2.4.2 热分析有限元方程
• 2.5 本章小结
• 第3章 锂离子电池温度场分析
• 3.1 引言
• 3.2 单体锂离子电池模型
• 3.2.1 锂离子电池结构及参数分析
• 3.2.2 边界条件讨论
• 3.2.3 ANSYS 热分析原理
• 3.2.4 单体锂离子电池模型讨论
• 3.2.5 不同条件对电池温度的影响
• 3.3 电池包温度场分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 电池包热管理设计
• 4.1 引言
• 4.2 电池包的设计和选择
• 4.2.1 电池包电池的选择
• 4.2.2 电池包排列方式的选择
• 4.2.3 电池包放置位置的选择
• 4.3 电池包散热设计与应用
• 4.3.1 电池包冷却方式
• 4.3.2 电池包冷却风温
• 4.3.3 电池包散热设计
• 4.4 电池包加热设计
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢