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文檔簡(jiǎn)介
1、近年來(lái)在環(huán)境污染和能源危機(jī)的雙重壓力下,世界各國(guó)都在大力發(fā)展新能源汽車以取代傳統(tǒng)燃油汽車,而新能源汽車發(fā)展的關(guān)鍵在于動(dòng)力電池技術(shù)。目前,鋰離子電池因其性能卓越成為了動(dòng)力電池的主流選擇。但是,鋰離子電池仍存在一定的安全隱患,火災(zāi)爆炸事故時(shí)有發(fā)生,嚴(yán)重制約了新能源汽車的推廣和應(yīng)用。所以,鋰離子電池的熱安全問(wèn)題已經(jīng)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。其中,鋰離子電池的溫度是影響其電化學(xué)性能以及安全性的關(guān)鍵因素,因此為了將鋰離子電池的溫度控制在最佳的工作溫度范
2、圍內(nèi),亟需對(duì)動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行研究。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬相結(jié)合的方法對(duì)基于相變散熱的動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行了研究,并提出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。
本文首先對(duì)基于復(fù)合相變材料(Phase Change Material,PCM)的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)進(jìn)行了研究,利用石蠟和膨脹石墨制備得到復(fù)合相變材料,進(jìn)一步研究了在電池組動(dòng)態(tài)循環(huán)過(guò)程中PCM熱管理系統(tǒng)的性能以及影響因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:一個(gè)充放電循環(huán)過(guò)程中單電池及自然對(duì)流散熱系統(tǒng)下電池組的溫
3、度變化曲線中均出現(xiàn)了兩個(gè)溫度峰,而PCM熱管理系統(tǒng)中僅僅只出現(xiàn)了一個(gè)溫度峰。隨著電池充放電循環(huán)倍率的增大,PCM熱管理系統(tǒng)和自然對(duì)流散熱系統(tǒng)中電池組的最大溫升和最大溫差也明顯增大。此外,PCM熱管理系統(tǒng)的散熱能力要優(yōu)于自然對(duì)流散熱系統(tǒng),尤其是在高倍率充放電循環(huán)過(guò)程中更為明顯,另外適當(dāng)延長(zhǎng)充放電循環(huán)步驟之間的擱置時(shí)間有利于提高PCM熱管理系統(tǒng)的散熱能力。推薦在實(shí)際電池PCM熱管理系統(tǒng)中使用相變溫度為45℃的PCM。
其次,本文提
4、出了一種用于電池系統(tǒng)散熱及防止熱失控傳播的復(fù)合板,具有“三明治”的結(jié)構(gòu),主要是由導(dǎo)熱殼、相變材料及隔熱板三部分組成的。根據(jù)電池的產(chǎn)熱理論以及相變傳熱理論等建立了復(fù)合板熱管理系統(tǒng)中鋰離子電池的三維熱模型,詳細(xì)對(duì)比分析了四種不同結(jié)構(gòu)下電池組的散熱能力以及熱失控阻隔能力。模擬結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)1(電池之間緊密貼合)和結(jié)構(gòu)2(電池之間有空氣間隙)的散熱性能相近,說(shuō)明在封閉環(huán)境中單純?cè)黾与姵亻g的間隙并不能有效地提高電池組的散熱能力。結(jié)構(gòu)3(電池之間有
5、散熱板)中電池組具有較好的散熱能力,但是該系統(tǒng)的熱失控阻隔能力較差。結(jié)構(gòu)4(電池之間有復(fù)合板)能夠有效提高電池組的散熱能力以及電池組溫度分布的均一性,同時(shí)能夠提高電池組的隔熱能力。增加復(fù)合板中PCM的相變潛熱能夠有效提高復(fù)合板的性能,推薦在復(fù)合板熱管理系統(tǒng)中使用相變潛熱為1125kJ/kg以及相變溫度在303.15K到323.15K之間的PCM。
最后,基于前面的設(shè)計(jì)思路搭建了基于復(fù)合板的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng),通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬初步驗(yàn)證
6、了設(shè)計(jì)的可靠性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了在正常工作條件和熱濫用條件下不同熱管理系統(tǒng)的性能。同時(shí)建立了電池的電化學(xué)-熱耦合模型,通過(guò)該模型研究了電池的產(chǎn)熱特性以及復(fù)合板的性能。研究結(jié)果表明,電池間有復(fù)合板和石墨膜的熱管理系統(tǒng)的散熱性能最好,放電倍率較高時(shí)更為明顯;電池表面貼有石墨膜的熱管理系統(tǒng)次之,無(wú)任何熱管理系統(tǒng)的散熱性能最差。電化學(xué)-熱耦合模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)電池在放電過(guò)程中的電壓變化,最大偏差不超過(guò)3%,同時(shí)能夠較好地預(yù)測(cè)放電末期電池的最高溫
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