摘 要

电池种类很多，但是从能量密度、循环寿命、成本环境以及能源效率等综合因素考虑，锂离子都是最佳的选择并因此在各方面都得到了大量的运用。但是锂离子电池的电化学性能和安全性以及可靠性等性能都会受到温度的显著影响。而锂离子动力电池的热稳定性会严重影响到其性能和寿命。这种情况下，电池的热管理就显得很重要，电池的热管理可以有效的将电池组的温度以及各个部分的温度差控制在最佳的工作范围内，能有效的提高锂离子电池的安全性能以及循环寿命，并且提高电动汽车的安全性以及性能。本文研究的是热管理技术中的液体冷却方式中的板式液冷散热系统，主要工作可以概括如下：

(1)了解并分析锂离子电池的生热和传热机理，确定锂离子动力电池的传热散热方式，通过ProE及ICEM CFD对电池单体进行建模以及网格划分，再导入Fluent中进行数值模拟来分析电池单体的生热方式以及温度场的分布。

(2)通过CATIA和ICEM CFD对液冷散热板进行建模和网格划分并导入Fluent，将电池的生热转换为散热板热源面的热流密度，通过改变冷却板内的流道方式分析热源面的温度分布以及进出口的温差来比较流道的优缺点从而进行优化。

(3)针对单进单出式流道散热板，通过改变进口液体的流速来比较热源面的温度分布以及冷却板进出口温差来分析随着流速的改变，散热效果的改变，从而对冷却板的流体流速进行优化。

关键词：锂离子动力电池；电动汽车；电池热管理；板式液冷散热系统

Abstract

Many types of batteries, but from the energy density, cycle life, cost environment and energy efficiency and other comprehensive factors, lithium ions are the best choice and therefore in all respects have a lot of use. But the lithium-ion battery electrochemical performance and safety and reliability and other properties will be significantly affected by the temperature. While the thermal stability of lithium-ion battery will seriously affect its performance life. In this case, the thermal management of the battery is particularly important, the thermal management of the battery can effectively control the temperature of the battery and the temperature difference between the various parts in the best working range, can effectively improve the safety of lithium-ion battery Performance and cycle life, and improve the safety and performance of electric vehicles. This paper is the thermal management technology in the liquid cooling method of liquid cooling system, the main work can be concluded as follows:

(1) to understand and analyze the heat generation and heat transfer mechanism of lithium-ion batteries to determine the heat transfer of lithium-ion battery cooling mode, through the ProE and ICEM CFD on the cell modeling and meshing, and then into the Fluent Numerical simulation to analyze the heat generation of the cell and the distribution of the temperature field.

(2) Modeling and meshing the liquid cooling radiator by CATIA and ICEM CFD and importing into the Fluent, converting the heat generated by the battery into the heat flux of the heat sink surface, and analyzing the heat source by changing the flow path in the cooling plate Surface temperature distribution and the temperature difference between imports and exports to compare the advantages and disadvantages of the flow channel to optimize.

(3) For the single-inlet single-outlet flow radiator, the temperature distribution of the heat source surface and the temperature difference between the inlet and the outlet of the cooling plate are compared by changing the flow rate of the imported liquid to analyze the change of the cooling effect with the change of the flow rate and the cooling plate Of the fluid flow rate is optimized.

Key words: lithium-ion battery; electric vehicle; battery thermal management; plate-type liquid cooling and cooling system

目 录

第一章 绪论 1

1.1论文选题的目的和意义 1

1.2本文主要研究内容 1

1.3动力电池的定义与其性能参数 2

1.3.1动力电池的定义 2

1.3.2动力电池的性能参数 2

1.4常见的动力电池 2

1.4.1铅酸电池 3

1.4.2 镍氢电池 3

1.4.3锌-空气电池 3

1.4.4燃料电池 3

1.5电动汽车冷却方式研究现状 4

1.5.1空气冷却技术 4

1.5.2液体冷却技术 4

第二章 锂离子动力电池热特性的理论研究 6

2.1锂离子电池的工作原理与电池结构 6

2.1.1锂离子电池的工作原理 6

2.1.2锂离子电池的电池结构 7

2.2锂离子动力电池的生热机理 8

2.3 锂离子动力电池的传热机理 9

2.3.1热传导 9

2.3.2热对流 9

2.3.3热辐射 10

2.4本章小结 10

第三章 单体电池热状态的仿真研究 11

3.1单体电池的仿真模型的建立 11

3.1.1单体电池的几何模型的建立 11

3.1.2单体电池网格模型 11

3.2电池单体温度场瞬态仿真 12

3.2.1Fluent简介 12

3.2.2电池热物性参数选择 12

3.2.3初始条件、边界条件的设置 13

3.2.4仿真结果分析 13

3.3本章小结 14

第四章 板式液冷系统中液体流动及换热的仿真分析 15

4.1 Fluent对散热板模型的求解 15

4.2不同形式流道冷却板的Fluent模拟结果分析 17

4.3不同电池功率下的冷却板的Fluent模拟结果分析 22

4.4不同流速下的冷却板的Fluent模拟结果分析 24

4.5本章小结 28

第五章 结论与展望 29

5.1结论 29

5.2展望 29

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1论文选题的目的和意义

如今，汽车的数量和需求量越来越高，据国内外有关专家根据近些年来的趋势估计，在未来几十年内，全世界的汽车需求量和数量仍然会继续迅速增加。而燃油一直是目前的主要能量来源，因为燃油是不可再生能源，作为主要动力源会被很快的消耗，还会难以避免的严重污染环境，所以目前世界上的各个国家都急切的需要寻找未来的汽车的主要动力源来渐渐的取代燃油的地位。针对这种情况，电动汽车应运而生。而在当今社会，一直以来，电动汽车动力来源的动力电池的发展都限制着电动汽车的发展^[14]。无论是国内还是国外都大力投入资源用于动力电池的研究和应用发展。对于未来电动汽车的发展，世界上的各个国家根据自身的情况评估来对相关的动力电池技术的研发及推广采用了各自的扶持策略^[9]。

动力电池的性能、寿命、价格以及安全性都是制约着电动汽车在生活中大规模应用的关键因素。因此，为了电动汽车的发展目前急切的需要提高电池的动力性和寿命 ^[8]。