摘 要

新能源汽车作为燃油汽车的替代品，由于其可以有效解决现在日益严重的环境污染问题和能源危机 ，具有非常广阔的发展前景。锂离子电池由于比能量高，自发电少，能量利用率高，已经成为新能源汽车的主导电源但是，锂离子动力电池组的工作效率以及安全性与其在服役过程中的温度变化密切相关。长时间的服役，会导致锂离子动力电池组温度过高，从而降低锂离子动力电池组的工作效率，甚至影响电动汽车的运营安全性。在此基础上，本文简要地对锂离子电池的生热机理和电池箱的散热方式进行介绍，之后本文对单体电池进行简化建模，并对电池在不同放电倍率下和不同环境温度下工作的温度场进行仿真。通过得到的仿真结果，对锂离子电池箱的散热系统进行设计。本文针对空气冷却和液体冷却两种散热方式初步设计，包括电池箱的结构和尺寸，电池组温度场的仿真和散热系统的控制策略。

关键词：锂离子电池；温度场分析；电池箱；散热系统

Abstract

New energy vehicles as a substitute for fuel vehicles has a very broad development prospects,Because it can effectively solve the increasingly problems;serious environmental pollution and energy crisis.Lithium-ion batteries have become the dominant power source for new energy vehicles due to their high specific energy, low self-generation and high energy efficiency.However, lithium-ion batteries generate a lot of heat during operation,These heats accumulate and the battery temperature rises rapidly.Therefore, the performance of the battery is affected, and the internal structure of the lithium ion battery is damaged in severe cases.On this basis, this paper briefly introduces the heat generation mechanism of lithium ion battery and the heat dissipation mode of battery box.After that, this paper simplified modeling of single cells.And simulate the temperature field of the battery operating under different discharge rates and different ambient temperatures.Through the obtained simulation results, the heat dissipation system of the lithium ion battery box is designed.This paper is designed for air cooling and liquid cooling, including the structure and size of the battery box, the simulation of the battery temperature field and the control strategy of the cooling system.

Keywords: Lithium-ion battery; temperature field analysis; battery box; heat dissipation system

目录

第一章 绪论 1

第二章 锂离子电池散热研究 2

2.1锂离子电池的结构与工作原理 2

2.1.1 锂离子电池的结构 2

2.1.2锂离子电池的工作原理 2

2.2锂离子电池生热机理和热失控 3

2.2.1生热机理 3

2.2.2热失控 3

2.3 温度对锂电池性能的影响 4

2.3.1 温度对锂电池充电容量的影响 4

2.3.2 温度对锂电池放电容量的影响 5

2.3.3 温度对锂电池内阻的影响 5

2.4 锂电池的散热方式 6

2.4.1 空气冷却 6

2.4.2 液体冷却 6

2.4.3 相变材料冷却 7

2.4.4热管冷却 7

2.4.5翅片冷却 8

2.4.6 耦合冷却 8

2.5 课题研究内容 8

第三章 锂电池温度场研究 10

3.1锂电池三维坐标热模型 10

3.2电池参数选择 11

3.3锂电池单体电池建模 13

3.4 锂电池温度场仿真 14

3.4.1不同放电倍率下电池温度场变化 14

3.4.2不同温度下锂电池的温度场仿真 15

3.5本章小结 18

第四章 电池箱散热系统的设计 19

4.1 散热方式的选择 19

4.2 空气冷却条件下的散热系统设计 19

4.2.1 风扇的选择 19

4.2.2电池箱的设计 20

4.2.3 电池箱的温度场仿真 23

4.2.4散热系统的控制 25

4.3液体冷却条件下的散热系统设计 27

4.3.1电池箱设计 27

4.3.2 电池组仿真分析 28

4.3.3散热系统的控制 29

4.4本章小结 30

第五章 总结与展望 31

参考文献 32

致谢 34

第一章 绪论

当今社会，人们的生活水平越来越高，汽车作为出行工具，已经成为人们日常生活中必不可少的一部分。近几年，我国机动车保有量持续高速增长，截止2018年年底，我国机动车保有量达到3.22 亿辆。但随之而来是的日益严重的环境污染问题和能源危机，目前，燃油车仍在汽车市场中占据绝对优势。但由于石油资源因含有硫、氮等元素，在燃烧时会造成大量的有害气体，另外，由于其燃烧不充分，燃油机在工作时会产生一氧化碳有毒气体并造成严重的资源浪费。而且石油等化石燃料完全料燃烧产生的二氧化碳会导致温室效应，造成全球气候变暖。在石油资源日益减少，生态环境日益变坏的大环境下，新能源汽车被发明出来，由于其使用清洁能源不会造成环境污染，并可有效解决能源危机，现在，各国研究机构投入了大量的资金、设备和人力去发展新能源汽车，并希望其在不久能取代燃油车成为人们新一代的交通工具。

混合动力汽车、燃料电池汽车和纯电动汽车是人们现已研发出的汽车类型，而不管何种类型的新能源汽车，动力电池作为动力源都是最核心的部件^[1]，其性能决定着汽车的各项参数，如行驶里程和最大车速等。纯电动汽车相对于其他两种汽车，能量利用率更高，技术水平较低，后续保养费用也较低，有非常好的发展前景。锂离子电池由于拥有高放电电压、优异的循环性能和较高的比能量等优点，被广泛运用在纯电动汽车上。