动力电池热管理系统建模与仿真研究文献综述

 2022-02-02 22:02:49

全文总字数:4662字

1 电动汽车动力电池热管理研究现状

湖南大学机械与运载工程的王文清[1]以直角坐标系三维热模型和电化学三维热耦合模型通过边界条件和求解等方式,获取了锂离子电池的散热模型。计算单体电池的产热特性,从而进行了温度场的分析,得出了电池单体不同位置的产热量和温度分布,并找出了温度最高和最低处。其中,靠近电极处的温度最高达到35.85℃,电池边缘的温度最低达到32.85℃。进行风冷散热时,通过不同倍率的放电和散热结构的优化,降低了电池组的最高温度并减小了电池组的温差。这启发我们不仅仅只是安装散热装置,而要综合考虑电池的温度特性和结构优化。

孙志文、朱建新、储爱华、周兴叶[2]以某氢镍动力电池包为研究对象。通过研究不同温度与氢镍动力电池使用寿命和电池容量的关系,以及不同温度和不同SOC和氢镍动力电池的充放电速率的关系,得出电池最高安全温度为55 ℃。并以电池台架测试和仿真计算分析电池内部的温度变化趋势,获取了内部和表面温度的关系,验证了在以电池表面温度作为风机控制量的常规冷却系统中,外表面温度的缓慢升高常常会使当前时刻风机的风量不足,造成电池温度持续上升。将电池负极打小孔,通过将温度传感器放入卷心内,并以PWM 输入控制式风机根据内部温度及其温升趋势来控制,保证电池温度变化平缓,没有出现温度急剧上升的情况。

吉林大学汽车工程学院的谷风[3]利用CATIA将原电池模组三维建模、合理简化并进行网格划分,通过进行CFD仿真分析获得了电池温度均匀性和一致性分析。通过三种不同的模组结构进行对比分析发现圆孔挡板结构均匀进风性好、最大温差小。并且通过一种基于车载燃油加热器供能的动力电池预热系统和PI 加热膜两种预热方式进行实验对比和仿真分析对比,综合二者优缺点表明加热膜直接贴在电池表面,加热效率高,温升速率快,且安装方便,而使用燃油加热不需要消耗动力电池电量,不会影响到电动车的续航里程。

Andreas Vlahinos,Pesaran A A[4]以锂电池三维模型探讨锂电池在低温环境中如何加热。Gi-Heon Kim,Pesaran A[5]以三维模型研究圆柱形锂离子电池的温度场,通过不同的方式冷却来比较优劣,并研究电池外部结构尺寸对电池温度场的影响。

侯大鹏[6]以大容量磷酸铁锂动力电池为实验对象,通过电池的容量标定与筛选;不同环境温度下电池总内阻的测定;不同环境温度下电池表面温度的测定,为后续的仿真研究提供依据。用单电池通过ICEM软件建立几何模型并以CFD做精细网格的划分从而进行电池组温度分布的仿真分析,用CFD-POST进行后处理获取温度分布图,得出温度最高处和放电倍率与电池表面温度的关系。用电池组模拟自然对流条件下工作的温度分布情况与温度变化规律然,同时模拟在电池组中增加强制冷却装置后的温度变化,对电池组进行优化设计,以优化其工作时的温度分布。

北京理工大学机械与车辆学院的李军求、吴朴恩和张承宁[7],基于电池性能模型提出了电池热管理系统设计流程,实验分析了锂离子电池温升、低温性能和电池性能模型的适应性,运用电池热电耦合和热传导理论提出了电池热分析建模方法,并应用于 PTC 加热和强制风冷的电池热管理系统设计,仿真得到了电池生热、散热和加热的电池温度特性及影响规律,最后通过实验验证了建模方法的正确性和热管理系统的有效性。为改善电动汽车辆动力电池的性能提供了依据。

北京理工大学机械与车辆学院刘斌[8]以方形软包锂离子动力电池为研究对象,通过四种加热方式进行了动力电池包测试,通过动力电池加热效果的结果分析,探讨了加热后的性能回升、加热过程的能量消耗、加热后动力电池的一致性和温升速率四个评价指标,并进行了系统评价。基于传热学原理,建立电池模块预加热的有限元模型,获取了动力电池的热物性参数、初始条件和边界条件,并通过仿真分析了加热膜数量、加热功率、加热后静置时间、加热起始温度以及环境温度对电池模块加热结果的影响。基于仿真结果,分别提出适用于随时起动和定时起动两种工况的分段式变功率加热控制策略。

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