纯电动汽车动力电池特性及应用研究

【摘要】：2011年是我国“十二五”计划的第一年,在电动汽车方面,科技部已研究制定了电动汽车“十二五”科技发展专项规划,已将动力电池的安全性、一致性、耐久性等特性作为重点突破口。 作为电动汽车特别是纯电动汽车动力源的动力电池,其相应特性必须满足电动汽车行驶、安全性能要求；电池热管理系统的设计对电池温度、电压均衡,电池系统性能有重要影响,继而影响动力电池的安全、一致和耐久性能。因此,开展纯电动汽车动力电池特性及应用研究十分重要。 本文以YY5纯电动样车项目为支撑,以纯电动汽车用动力电池为研究对象,运用实验和计算机仿真相结合的方法提出满足纯电动汽车行驶性能、充电性能的动力电池技术要求。建立了动力电池箱体热管理仿真模型,运用Fluent软件对其进行了流场和温度场的仿真计算,根据仿真结果评价了电池热管理系统。本文的主要工作可以概括如下： (1)分析了当前国内外电动汽车用动力电池特性(比容/能量、充放电倍率、充放电电压、电流、温升、效率等),并运用电池测试设备对动力电池放电倍率特性、温度特性和充电倍率特性做了测试和分析。 (2)在静态测试的基础上,运用GT—SUITE软件建立了YY5纯电动汽车仿真模型,基于一种控制策略和运行工况,进行模型在环仿真,分析动力电池实际使用工况下SOC,续驶里程,动力电池电流、电压及输出功率曲线,并对动力电池输出功率和电流数据进行了规整评价。 (3)根据电池热管理系统化研究方法,分析了热管理的研究对象,确定了设计目标,获得了电池热模型的导热系数,比热容、对流系数等基本参数,计算出了关于电流强度I的电池生热速率方程,设计了电池热管理系统的总体构架。 (4)对电池热管理系统进行了仿真计算,结合仿真结果提出动力电池箱体、动力电池和电池热管理在布置、设计方面的评价： 1.在外形设计上,动力电池箱体在冷却空气流动方向上不应该设计得过长,且避免出现较大转角或直角的结构； 2.采用串行式通风方式冷却在空气流动方向上具有细长结构的电池箱体效果不理想,致使后排电池模块散热效果不好,电池单体温度差异扩大； 3.受到散热风扇的影响,导致冷却空气串流,同宽度的流道并不能保证冷却空气在电池单体间的流速相同； 4.薄片型动力电池给电池箱体的设计和布置带来了困难,并导致轿车空间利用率不足。 【关键词】：纯电动汽车 动力电池特性 电池系统散热分析 CFD仿真计算
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 电动汽车发展历史和现状11-12
• 1.2 各国在电动汽车方面的政策12-14
• 1.2.1 美国政策12-13
• 1.2.2 欧盟政策13
• 1.2.3 日本政策13-14
• 1.2.4 我国在电动汽车方面的政策14
• 1.3 纯电动汽车14-16
• 1.3.1 纯电动汽车的主要特点15
• 1.3.2 纯电动汽车的核心技术15-16
• 1.4 几种常见的车载动力电池16-19
• 1.4.1 铅酸电池17-18
• 1.4.2 镍金属电池18
• 1.4.3 锂离子电池18-19
• 1.5 车载动力电池的应用19-21
• 1.5.1 动力电池性能的应用19-20
• 1.5.2 动力电池热管理20-21
• 1.6 本文的主要研究内容21-23
• 第二章 锂离子动力电池特性研究及评价23-34
• 2.1 常用的车载动力电池性能指标23-26
• 2.1.1 电池容量23
• 2.1.2 电池充/放电倍率23-24
• 2.1.3 电池荷电状态(SOC)24
• 2.1.4 充/放电截止电压24-25
• 2.1.5 电池能量/功率密度25
• 2.1.6 电池的循环寿命25-26
• 2.2 动力电池特性测试及分析26-33
• 2.2.1 动力电池放电倍率与其特性的关系26-28
• 2.2.2 动力电池温度与其特性的关系28-31
• 2.2.3 动力电池充电电流与其特性的关系31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 动力电池动态性能测试研究及评价34-52
• 3.1 电动汽车动态工况测试循环研究34-40
• 3.1.1 美国电动汽车动态工况测试循环34-36
• 3.1.2 日本电动汽车动态工况测试循环36-38
• 3.1.3 欧洲电动汽车动态工况测试循环38-40
• 3.2 GT-SUITE软件基础介绍40-43
• 3.3 纯电动汽车仿真模型的建立43-51
• 3.3.1 建立纯电动汽车仿真模型43-45
• 3.3.2 纯电动汽车模型参数的设定45-48
• 3.3.3 纯电动汽车仿真结果及分析48-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第四章 动力电池热管理的基础理论及研究方法52-66
• 4.1 确定研究对象和电池热管理系统的设计目标52-55
• 4.1.1 研究对象52-54
• 4.1.2 电池热管理系统的设计目标54-55
• 4.2 确定电池模型的基本参数55-59
• 4.2.1 导热55-57
• 4.2.2 对流57
• 4.2.3 比热容和电池生热速率57-59
• 4.3 电池热管理系统的总体构架设计59-63
• 4.3.1 传热介质的选择59-61
• 4.3.2 电池箱体结构设计61-63
• 4.4 动力电池热管理研究方法介绍63-65
• 4.4.1 研究流体运动与传热的方法63
• 4.4.2 Fluent软件基础介绍63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 电池热管理系统仿真分析66-79
• 5.1 电池系统几何模型的建立及网格划分66-68
• 5.1.1 电池系统几何模型的建立66-67
• 5.1.2 电池系统网格的划分和边界条件类型67-68
• 5.2 选择计算模型68-70
• 5.2.1 流体区域的空气和电池模型68-69
• 5.2.2 湍流模型的选择69-70
• 5.3 材料属性和边界条件的设置70-72
• 5.4 仿真结果及分析72-78
• 5.4.1 速度场结果及分析73-75
• 5.4.2 温度场结果及分析75-77
• 5.4.3 电池热管理系统仿真结果的评价77-78
• 5.5 本章小结78-79
• 第六章 结论与展望79-81
• 6.1 全文总结79-80
• 6.2 工作展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 攻读硕士期间发表的论文86

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