摘 要

随着我国不断推进环保事业，新能源电动汽车开始蓬勃发展。动力电池作为电动汽车的动力来源，对整车性能影响重大。锂离子电池因为优点突出，被广泛的采用。但其在工作时产热较多，内部温度过高，影响其安全性能和使用寿命，故须搭配热管理系统使用。为研究锂离子电池的散热管理问题，基于相变材料与电池组结合组成的热管理系统，建立数学模型，将求解的数据导入Comsol软件分析，得到物理模型并进行进一步研究，得出相关结论并提出改进的建议，主要内容如下：

（1）对近五年国内外研究成果和进展进行了阐述和总结，分析相关技术现状，发展方向，存在问题。确定采用的分析方法和研究步骤，为进行研究课题提供思路和相关依据。

（2）对锂电池进行工作结构，工作原理分析，了解锂电池工作产热机理。基于经典理论与相关研究，建立的电池生热速率模型，对产热量进行计算。在此基础上，分析电池组的导热传播和相变材料导热过程，建立热管理系统数学模型。

（3）根据研究建立的数学模型，将相关参数导入计算机Comsol软件进行求解，得到仿真物理模型，并对其进行分析研究，对于存在的问题提出优化和改进的建议。

关键词：锂电池；热管理；相变材料

ABSTRACT

With China's continuous promotion of environmental protection, new energy electric vehicles began to flourish. As the power source of electric vehicle, power battery has great influence on the performance of the vehicle. Lithium-ion batteries are widely used because of their outstanding advantages. However, it produces more heat at work and its internal temperature is too high, which affects its safety performance and service life. Therefore, it must be used with the thermal management system. In order to study the heat dissipation management of lithium-ion batteries, a mathematical model was established based on the thermal management system composed of phase change materials and battery packs. The data solved were imported into Comsol software for analysis, and the physical model was obtained for further study. Relevant conclusions were drawn and Suggestions for improvement were proposed.

(1) Elaborated and summarized the research achievements and progress at home and abroad in the past five years, and analyzed the status quo, development direction and existing problems of relevant technologies. Determine the analysis method and research steps to provide ideas and relevant basis for the research project.

(2) Analyze the working structure and working principle of lithium battery to understand the working heat generation mechanism of lithium battery. Based on the classical theory and related research, the cell heat generation rate model was established and the heat generation rate was calculated. On this basis, the heat conduction process of the battery pack and the phase change material is analyzed, and the mathematical model of the thermal management system is established.

(3) According to the mathematical model established by the research, the relevant parameters were imported into the computer Comsol software for solving, the simulated physical model was obtained, and analyzed and studied, and Suggestions for optimization and improvement were put forward for the existing problems.

Key words: lithium battery: thermal management: phase change material.

目录

第1章 绪论1

1.1 研究的背景以及意义 1

1.1.1 研究背景1

1.1.2 研究意义1

1.2 国内外研究现状分析 2

1.2.1 研究现状分析2

1.2.2 国内现状分析3

1.2.3 国外现状分析3

1.3 研究的基本内容和目标以及技术方案 3

1.3.1 研究的基本内容及目标3

1.3.2 研究采用的技术方案4

第2章 基本原理综述5

2.1 理论研究分析步骤5

2.2 电池内部产热理论综述5

2.3 电池换热过程综述6

2.4 相变材料热分析综述6

2.5 热管理系统综述6

2.6 本章小结7

第3章 热管理系统研究8

3.1 锂电池的产热原理分析及理论计算8

3.1.1 锂离子电池基本结构 8

3.1.2 锂离子电池工作原理 10

3.1.3 锂离子电池电化学产热原理 10

3.1.4 锂离子电池热力学计算理论12

3.2 锂离子电池产热量计算13

3.2.1 环境条件以及参数设定13

3.2.2 电池表面对流散热计算13

3.2.3 电池福射散热及总产热计算14

3.3 相变材料冷却模块的分析研究15

3.3.1 相变材料种类与要求 15

3.3.2 相变材料的选择 16

3.3.3 相变材料的用量 16

3.4 本章小结17

第4章 相变冷却锂电池模块热状态仿真研究18

4.1 锂离子电池内部传热模型与分析18

4.1.1 建立内部传热数学模型18

4.1.2 相关参数的选择18

4.1.3 相关控制方程19

4.1.4 模型构建以及分析23

4.1.5 小结24

4.2 基于石蜡的电池组热管理系统模型与分析24

4.2.1 建立电池组热管理系统物理模型24

4.2.2 建立相变冷却模型25

4.2.3 相变冷却模型温度分析 26

4.2.4 相变材料液相率分析 29

4.2.5 热管理系统优化分析 30

4.3 本章小结31

第5章 总结与展望33

参考文献34

致谢36

第1章 绪论

• 1. 研究的背景以及意义

1.1.1 研究背景

随着全球对石化能源的依赖加剧，环境污染日益严重，世界各国和各大车厂的汽车发展战略目光聚集于新能源汽车，其中最引人关注的是电动汽车^[1]。我国开始新能源汽车事业的时间较早，特别是最近几年，我国实行环境保护战略，不断出台相关政策，大力支持纯电汽车，混动汽车和燃料电池汽车的研究。目前，我国在多能源动力总成控制、“三电”系统及其管理等方面领域走在世界前列，建立了完善的研发体系。

电动汽车是集各学科发展成果和高精尖技术于一体的高科技产品，其中制约电动汽车发展与推广的瓶颈主要是动力电池。动力电池作为电动汽车的唯一动力来源，直接为汽车的电子控制系统，制动系统，转向系统等提供能量，故应具备大容量，高功率的特点才能满足要求。动力电池种类多种多样，应用较多的包括铅酸电池，燃料电池和锂离子电池。锂离子动力电池质量轻，能量密度大，是应用最广的动力电池，但其性能受温度的制约，温度过低内阻正大，容量变小，温度过高，电池燃烧^[2]。安全性是电动汽车的核心内容，电动汽车的安全问题主要来源于动力电池的高电能以及车辆的高压电路，从系统结构上可以分为动力电池安全、整车安全和充电安全。安全性能是电动汽车推广和发展的必然要求，电池温度控制管理是电池安全的重要保证，因此，如何保证其在工作时的的温度稳定以及性能安全，是电动汽车推广必须要解决的问题。

1.1.2 研究意义