化学实验动力管理论文提纲

论文题目：电动汽车动力电池热管理液冷系统设计

摘要：十九大报告指出新时代我国社会的主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。而随着人们生活水平的提升,人们对汽车的需求激增,近年来环境污染与能源紧缺的问题日益突出,为了使汽车采用更加清洁的能源,问世于19世纪的电动汽车得到了人们的青睐,并得到了大力的发展。然而,电动汽车的关键技术难题是其核心部件动力电池,动力电池的能量密度、循环寿命、使用性能等等都制约着电动汽车的性能,影响着电动汽车发展和应用。而影响动力电池性能的决定性因素是其工作时的温度,当动力电池长时间在过低或过高温度下工作时,其化学性能、使用寿命和续航里程都会大幅下降,严重时甚至会发生热失控,导致电动汽车起火。因此,对动力（锂离子）电池模组的热管理进行研究具有重要理论和现实意义,其中热管流道结构研究对温度控制和温度一致性具有关键性影响。本文以磷酸铁锂电池为研究对象,采用液冷系统散热方式;根据动力电池的工作原理和传热特性,建立电池热模型,并对电池模组的温度场进行仿真计算;针对冷却板结构、尺寸以及位置分布对电池模组的温度影响进行研究,通过实验与理论分析对比验证其散热效果的有效性,在此基础上设计了一种可有效改善散热能力和温度均匀性的新型流道变结构冷却板。其主要内容如下:（1）详细研究磷酸铁锂电池的工作原理、结构特点和传热特性,根据前人大量实验结论总结磷酸铁锂电池的内阻相关特性,并利用内阻测量仪测定电池内阻,进而确定仿真与实验所需的热物性参数。然后利用Fluent软件建立电池模组热模型,设置相关边界条件和热物性参数,进行仿真计算,得到不同放电倍率下电池模组的表面温度分布情况,研究结果表明:放电倍率越高电池表面的温度越高。（2）对液冷系统的关键散热部件（冷却板）进行设计与研究。在传统的冷却板流道结构的基础上,采用一种新型变结构流道设计,然后对6种不同的冷却板结构分别建立磷酸铁锂电池的液冷散热仿真模型,通过仿真对比分析不同流道结构冷板的散热效果,并对流道的出口宽度以及冷却板的流道和位置的对称性进行仿真研究。研究结果表明:新型变结构流道比传统流道结构的散热效果更好,并且可使磷酸铁锂电池在适宜的温度范围内工作,同时保证电池模组的最大温差不超过3℃;另外合理的流道出口宽度、合理的冷却板流道和位置布局可以进一步增强液冷系统的散热能力。（3）搭建液冷系统实验平台。其一,对变结构流道设计和冷却板对称性布局下的电池热管理液冷系统的散热效果进行实验研究;其二,对热管理液冷系统的控制策略进行可行性分析和性能评估。实验结果表明:实验数据与仿真数据相似,流道结构和控制策略的设计合理可行。

关键词：动力电池;热管理;液冷系统;冷却板;新型流道变结构;CFD仿真

学科专业：机械工程（专业学位）

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 动力电池—锂离子电池

1.2.1 锂离子电池的分类与发展前景

1.2.2 锂离子电池在汽车领域的应用

1.3 动力电池热管理系统研究

1.3.1 电池热管理系统的功能

1.3.2 电池热管理系统分类

1.4 动力电池热模型研究现状

1.5 论文的主要研究内容

1.6 本章小结

2 锂离子电池的基本特性和热物性参数计算

2.1 锂离子电池的结构与工作原理

2.1.1 锂离子电池的结构

2.1.2 锂离子电池的工作原理

2.2 锂离子电池的生热机理

2.3 锂离子电池的传热特性

2.4 锂离子电池的内阻特性与测定

2.4.1 锂离子电池的内阻特性

2.4.2 磷酸铁锂电池的内阻测定

2.5 锂离子电池热物性参数计算

2.6 本章小结

3 锂离子电池组液冷系统建模与仿真

3.1 电池包概述

3.2 计算流体力学的基础理论

3.2.1 CFD概述

3.2.2 CFD的控制方程组

3.2.3 CFD在电池热分析中的应用

3.3 动力电池模组的仿真

3.3.1 锂离子电池模组散热模型

3.3.2 有限元分析模型网格划分

3.3.3 电池模组仿真参数设置

3.3.4 仿真结果分析

3.4 本章小结

4 液冷系统冷却板设计与研究

4.1 冷却板的选型理论

4.2 冷却板的基本模型

4.3 冷却板结构因素对温度场的影响

4.3.1 流道类型对温度场的影响

4.3.2 流道出口宽度对温度场的影响

4.3.3 冷却液进口质量流量对温度场的影响

4.3.4 新型流道变结构与传统流道结构的比较分析

4.4 冷却板对称性对温度场的影响

4.4.1 冷却板流道对称性的影响

4.4.2 冷却板安装位置对称性的影响

4.5 本章小结

5 液冷系统的实验研究

5.1 热管理液冷系统实验方案设计

5.2 热管理液冷系统实验器件选型

5.2.1 水泵

5.2.2 温度传感器

5.2.3 开发板

5.3 热管理液冷系统实验

5.3.1 新型冷却板性能实验研究

5.3.2 冷却板对称性实验研究

5.3.3 热管理液冷系统控制策略的评估

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 论文总结与创新

6.1.1 论文总结

6.1.2 论文创新

6.2 展望

参考文献

致谢