电动汽车用液冷电池箱设计(附件)【字数：11120】
随着石油等非再生资源日益减少，新能源革新的时代已经到来。汽车行业也不例外，研发出采用锂离子电池的纯电动汽车和混合动力汽车。锂离子电池电池具有高电压平台、单位质量释放电量大、自放电低、可循环使用且环保等优点，目前很多专家都很重视锂离子电池的研发。纯电动汽车也因为锂电池的发展被国际上知名的汽车公司大力推广。由于锂离子电池在充放电过程中会产生大量的热量，会导致电池组内部热量累积温度升高，降低锂电池的工作性能和电池的使用寿命，严重时甚至会导致锂电池发生爆炸。混合动力汽车采用风冷散热系统就能满足散热需求，但是纯电动汽车采用电池组作为唯一动力源，发热量较大，就需要用散热性能更好的液冷系统。本文以LiFePO4软包电池为研究对象，根据LiFePO4电池参数和任务书要求，工作如下:通过网上和图书馆查阅了大量资料，了解目前锂离子电池和电池箱的液冷散热机构的研究现状，根据目前液冷散热系统的不足设计出一个有效的电池散热箱体结构；研究并分析锂离子电池的工作原理、生热机理和热特性，提供理论数据基础；首先使用Solidworks Simulation分析在自然空气对流情况下锂电池组的温度场，观察电池组散热情况。再利用SolidWorks Flow Simulation仿真软件对电池组进行仿真模拟，模拟出电池组正常工作时液冷电池箱的温度场，探究电池箱在液冷情况下的散热情况，分析问题所在。强化电池组箱体的散热效果，将液冷管嵌入下板中，增加直接接触面积，再利用Solidworks flow simulation 进行瞬态分析，对比两者的温度场，完成最终的优化。关键词: 纯电动汽车；软包电池；电池组箱体；液冷机构；模拟仿真
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 车用锂电池及电池组液冷的国内外发展现状 2
1.2.1 车用锂电池的研究现状? 2
1.2.2 电池组液冷机构的研究现状 3
1.3?液冷电池箱存在的不足 4
1.4 研究内容 5
第二章 锂离子电池结构与热特性研究 6
2.1 锂离子电池的基本结构和工作原理 6
2.1.1 锂离子电池的基本结构 6
2.1.2 锂电池的工作原理 7
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第一章 绪论 1
1.1 课题研究背景和意义 1
1.2 车用锂电池及电池组液冷的国内外发展现状 2
1.2.1 车用锂电池的研究现状? 2
1.2.2 电池组液冷机构的研究现状 3
1.3?液冷电池箱存在的不足 4
1.4 研究内容 5
第二章 锂离子电池结构与热特性研究 6
2.1 锂离子电池的基本结构和工作原理 6
2.1.1 锂离子电池的基本结构 6
2.1.2 锂电池的工作原理 7
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2.2 锂电池的生热机理和热特性 8
2.2.1 锂电池的产热原理 8
2.2.2 锂电池的热特性 9
2.3 本章小结 11
第三章 Solidworks的三维建模和仿真模拟 12
3.1 Solidworks介绍 12
3.2 锂离子电池组的设计和温度模拟 12
3.2.1 电池的几何模型和参数设定 12
3.2.2瞬态热力分析 14
3.3电池箱体的结构设计和热分析 18
3.3.1 电池箱的结构介绍 18
3.3.2 电池箱体的热分析 21
3.4 小结 25
第四章 优化散热机构 26
4.1 液冷机构的重建 26
4.2 导热垫的作用表现 28
4.3 小结 29
第五章 总结与展望 31
5.1总结 31
5.2 研究展望 31
致谢 33
参考文献 34
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
当今世界面临石油等非再生资源日益枯竭、尾气排放引起的温室效应雾霾等问题，随着新型清洁锂离子电池的问世，汽车行业为此研发出纯电动汽车和混合动力汽车。纯电动汽车是采用锂电池组作为唯一能源来提供电能，相比于混合动力汽车，纯电动汽车不使用旧式燃料，不会产生废气，且结构简单，工作时噪音小。因为纯电动汽车在技术实现上没有太大制约而且成本较低，被汽车行业看好。
目前电池单体按照壳体的不同，有铝壳/钢壳电池和软包电池两种。硬壳电池外部刚度强，方便进行组装，但是容易导致一些爆炸事故，因为电池内部发生化学反应，产生大量气体时，硬壳电池不能将气体及时排出。软包电池因其较高的可塑性，可避免这类事故的发生。软包电池安全性能好，电池容量大和使用温度范围广的优点，使得它能成为目前大功率电子设备电源的主流元件。但是，软包电池单体采用铝塑膜作为其封装外壳，整个单体硬度不够，不能保证电池成组后的压实性，而且电芯包装膜容易被刺破，安全性不足。设计出有效的封装机构来保护软包电池的包装膜并且提供装配强度是目前需要重点解决的难题。
1992年日本索尼公司成功发明出锂离子电池，推动力电子产业的发展。锂离子蓄电池具有高工作电压、电池容量大、可循环多次使用和自动放电量小等优点，成为电子器件采用的主流能源。经过长时间的发展，锂离子电池已经应用到很多项目中，如电瓶车、手机、笔记本等。但是在大型项目中还是略有不足的，锂离子电池的发热量较大，容易导致温度过高，降低电池工作性能和使用寿命。
随着“温室效应”的提出，中国政府为此明确了减排方案。锂离子电池作为一种新型储能动力电池，国家关注度很高，已将锂离子电池的发展放在国家战略层面高度，配套资金和政策支持的力度很大。目前国家的LiFePO4产业发展地教完善，原料和设备不需要进口，自己就能满足，而且国外的LiFePO4的研究和生产规模和国内差别不大。磷酸铁锂具有很好的发展前景，良好的市场，非常具有研究价值。
在大功率充放电过程中，单体电池工作发热，热量会累积在电池组内部，热胀冷缩会导致电池之间出现差异性，降低电池的使用寿命及性能。
为了提高电池组的均热性能，保证电池的一致性，确有必要提供一种适用于软包电池的电动汽车液冷电池箱。
1.2 车用锂离子电池及电池组液冷的国内外发展现状
1.2.1 车用锂离子电池的研究现状?
锂离子电池因为具有放电电压高、比能量高和环保等优点成为最有潜力的车用能源电池。目前锂离子电池的负极材料已经研发的较完善，正极材料和电解质是锂离子电池的核心材料，还需要科技人员的进一步研发，来提升锂离子电池的性能，
目前已经大批量运用于实际生产中的正极材料有以下这些：
钴酸锂，是一种非常成熟的正极材料，是唯一大规模生产的商品化正极材料。产品结构比较稳定，但是电池容量较低。因为Co是一种贵金属，使用寿命较短，而且钴又具有放射性，泄漏容易造成环境污染，存在一定的安全性问题。
镍酸锂：他的电压容量较高，比钴酸锂成本低，但制作难度大，存在较为严重的安全问题。其实镍酸锂是混合CO、Mn等元素提升结构的稳定性，目前由于提升材料性能需要考虑多方面因素，工作量大，很难改进。
锰酸锂：尖晶石结构的LiMnO4成本低，有较高的工作电压，但是由于电解液具有一定的溶解性，在高温情况下材料会溶解。最新研发出的LiMn2O4在充放电过程中仍然存在结构不稳定，在高温情况下材料的循环性能还是较差[1]。
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