车用动力电池单体及模组温度场可视化研究

在能源衰竭,环境日益恶化的今天,新能源汽车因为其环境友好,排放低的优点成为当今汽车市场最有前景的发展方向,作为新能源汽车核心能源的动力电池组是各大品牌厂商经济投入的重点。其中锂离子电池具有电压高,比能量高,比功率大,自放电率低,循环性能好等优点,近年来得到大量推广和应用。然而,工作环境的温度对电池的工作过程影响很大,温度偏高或偏低都会影响电池的内阻大小,进而使电池工作产热过多,影响电池模组和电池包的性能,甚至有热失控的危险。因此,电池温度场的研究对电池本身的性能和使用寿命至关重要。在传统研究中,电池表面温度只能由温度传感器测得,得到的温度点无法覆盖整个电池表面,并且传感器的体积和布置会对原温度场产生一定的影响,无法准确测得表面温度。而红外热像仪与热敏液晶测量温度场是典型的非接触式测温方法,具有实时、精确、不影响原温度场等突出的优点,给电池温度场的研究提供了全新的研究方法。本文针对某公司提供的软包电池进行了一系列实验测试和数据分析,包括热特性的测量和利用红外热像仪与热敏液晶得到电池表面温度场,结合可视化技术对温度场数据进行处理研究,得到真实准确的温度场数据,并探索其对电池热管理设计和建模仿真等的帮助和作用。本文主要进行了如下工作:首先,查阅国内外相关文献,研究可视化技术的国内外发展现状,以及可视化研究的意义。研究红外热像仪和热敏液晶可视化研究方式测量温度场的原理和数据处理方法。其次,搭建了红外热像仪和热敏液晶实验平台,进行了一系列电池温度场可视化实验并对数据进行处理分析,热敏液晶和红外热像测温结果误差在1%以内,证明热敏液晶测温结果准确;利用红外热像仪的结果分析电池充放电温升和充放电时间,分析最适合电池充放电的环境温度,为热管理设计提供参考;利用MATLAB处理热敏液晶实验结果,得到温度场三维分布图,研究其在电池温度场分析方面的作用,分析测量误差等。根据电池表面温度场分布和变化特征分析电池内部生热原理,并且说明实时观测电池表面温度变化的重要性。最后,通过对温度场的数据处理计算相关电池热特性参数,研究电池产热机理和传热过程,建立生热模型并对电池单体进行仿真模拟,单体模拟仿真结果与红外热像仪实验结果线性相关性为0.9986;通过电池表面温度最大值变化曲线和可视化图像与仿真进行对比验证,验证电池单体仿真后,进而仿真电池模组温度场,将电池模组可视化实验得到的图像和表面温度变化曲线分别与仿真云图和表面温度变化曲线对比,探索可视化实验对建模仿真结果验证等的帮助。