Research on LI-ION Battery Thermal Management in Low Temperature Zone Channel Management in Low Temp

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随着环境污染问题的日益突出和传统化石燃料的日益短缺,世界各国都开始重视电动汽车的发展。锂离子电池作为电动汽车的动力源,只能在20℃-40℃的工作温度范围内表现良好。也就是说,极端气候会严重影响锂离子电池的性能。因此,电池热管理成为近年来的研究热点之一。可以根据不同的温度区间将电池热管理分为电池冷却和电池加热两个方面。目前,大多数研究人员关注的是电池冷却问题,而锂离子电池加热面临着严重挑战,但科学家和研究人员却对此关注较少。锂离子电池在低温环境下的性能退化极大地限制了锂离子动力电池在寒冷气候和高纬度地区的应用,因此,有必要对低温区间的电池热管理进行系统深入的研究。本文以18650锂离子电池为研究对象,开展低温区间的电池热管理的研究,为电池热管理系统的设计提供参考。本文的主要工作如下:(1)讨论了低温对锂电池充电能力、容量和功率的影响。现有的研究成果表明,在低于零度时,锂离子电池的性能会下降。通过对不同电池加热方法的分析比较,选择石墨烯加热片进行本课题的研究工作。(2)使用商用ANSYS FLUENT软件计算电池在加热过程中的温度变化。首先通过ANSYS Workbench平台建立2D物理模型并对其进行简化处理,模型采用六面体网格划分方式,将模型划分为231,336个网格。其次,把网格文件导入到FLUENT 2020R2中并设置模型设置边界条件、指定控制方程的离散格式。最后利用CFD-post软件对数值计算结果进行处理和分析。(3)进行实验以收集实际的电池温度变化数据,从而验证模型的有效性。实验采用了一个2×5(包含10节电池)电池组。还采用了6个具有不同最高温度(60℃,70℃,80℃,90℃,100℃,110℃)的石墨烯加热片。这些石墨烯加热片尺寸相同,为360mm×65mm(5*30cm)且工作电压为12V,电流为8A。实验目标是将电池从零下20度加热到20度。实验结果表明,电池温度变化与仿真结果基本一致。
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