【摘 要】
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温度直接影响着锂离子电池的性能和寿命,低温和高温都会使锂离子电池偏离正常工作状态。基于此,本论文在国家自然科学基金（No.52075236）和江西省科技计划项目（No.20141BBE50021）资助下,针对当前电动汽车领域,低温下锂离子电池充放电容量下降,充放电困难,使电动汽车续航里程缩短以及电池工作过程中热量累积使电池温度不断上升导致电池性能下降等一系列问题。本文为保证锂离子电池在低温和高温下
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.52075236）； 江西省科技计划项目（No.20141BBE50021）；
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温度直接影响着锂离子电池的性能和寿命,低温和高温都会使锂离子电池偏离正常工作状态。基于此,本论文在国家自然科学基金（No.52075236）和江西省科技计划项目（No.20141BBE50021）资助下,针对当前电动汽车领域,低温下锂离子电池充放电容量下降,充放电困难,使电动汽车续航里程缩短以及电池工作过程中热量累积使电池温度不断上升导致电池性能下降等一系列问题。本文为保证锂离子电池在低温和高温下能正常工作,进行了以下相关研究:1、说明电池技术对新能源汽车的发展的重要性,在现有电池技术难以突破的情况下,阐述电池热管理系统的重要性。通过查阅文献总结当前所存在的电池加热方法和散热方法及其优点和不足,在此基础之上,对后续电池加热和散热设计提供指导和借鉴意义。2、对锂离子电池的产热原理进行了分析,得出其产热速率公式,对电池热物性参数的计算进行说明,建立了圆柱电池和方形电池三维导热微分方程,为后续电池温度场研究奠定基础。3、在同一温度下对锂离子电池进行不同倍率充放电温升实验以及相同放电倍率不同温度锂离子电池充放电容量实验,从中得出温度对电池充放电容量的影响以及放电倍率对电池温升的影响,从中发现同等倍率下,电池放电产热量比充电时大。建立了电池单体热效应模型,通过仿真计算了不同放电倍率电池温升,与实验采集的数据进行对比,误差在8%以内,表明了所建模型的正确性,同时证明电池热管理系统的重要性。4、对NCR18650B锂离子电池进行了放电容量标定测试,测试电池在常温下实际放电容量,在-43℃和-30℃两种温度下测试了电池的放电能力,在-43℃下电池不具备放电能力,在-30℃下电池能够以1A放电电流放电。设计锂离子单体外部加热方案,通过仿真计算了常温下铝箔、铜箔和铬镍合金三种加热环对电池的加热效果,其中铬镍合金对电池的加热效果最好,搭建了低温下电池加热实验平台,对比无加热电池,使用铬镍合金加热时,电池放电结束时的温度和放电容量都有所升高,验证了所设计加热方法的可行性。5、设计的外部加热方法虽然可行,但是加热效率较低,基于此,设计一种锂离子电池的内部加热结构和散热结构,在电池内部置入两个加热环,一个在电池最中心部位与电池贴合,另一个在电池最外端与电池贴合,在低温下电池进行放电时,电流通过加热环产生热量实现对电池的加热。内加热环中心预留空间填充相变材料,利用相变材料对电池进行高温散热,外加热环与电池壳体之间也填充相变材料,内外和外部的相变材料能同时吸收电池产生的热量,使电池散热后温度更加均匀。通过CFD仿真研究了填充相变材料厚度和加热环厚度对电池的散热效果和加热效果,在对电池容量几乎不产生影响的前提下,确定了填充相变材料的厚度和加热环的厚度,使电池具备低温下自加热和高温下散热的能力。
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