【摘 要】
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锂离子电池凭借高能量密度、快充放电、宽温度范围、长寿命等优点成为了新能源汽车“动力心脏”的首选。然而,电池组单体数量多且空间排列紧密,加上在时间维度上的延长,电池在充放电过程中易发生热不均衡或热失控现象。事实上,准确观测热不均衡或热失控现象追本溯源是需要精确的仿真数学模型,因仿真数学模型特征参数受温度影响,需由多组不同温度工况下的实验测试数据对模型特征参数进行修正,从而建立低温度依赖性的高精度仿真
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锂离子电池凭借高能量密度、快充放电、宽温度范围、长寿命等优点成为了新能源汽车“动力心脏”的首选。然而,电池组单体数量多且空间排列紧密,加上在时间维度上的延长,电池在充放电过程中易发生热不均衡或热失控现象。事实上,准确观测热不均衡或热失控现象追本溯源是需要精确的仿真数学模型,因仿真数学模型特征参数受温度影响,需由多组不同温度工况下的实验测试数据对模型特征参数进行修正,从而建立低温度依赖性的高精度仿真数学模型。本文主要采用仿真为主、实验为辅两者相结合的方法展开研究工作。具体工作为:首先,建立包含正负极耳的电池单体物理模型,开展电池在-10℃、0℃、25℃和40℃四组温度工况下的0.5 C、1.0 C、1.5 C和2.0 C的恒倍率放电实验,根据实验数据拟合得到电化学-热（ECT）耦合模型修正后的特征参数Y值和U值,而后在FLUENT软件中构建修正ECT耦合模型,并仿真预测其他实验工况。结果表明:修正的ECT耦合模型可以在合理正负温度工况下再现电池特性,证明实验拟合得到的修正特征参数Y值和U值是有效的。其次,基于多相VOF模型和蒸发冷凝Lee模型对热管内部复杂的相变行为分析研究,并基于FADHL文献对相变模型与热阻导热模型进行分析。结果表明:相变模型模拟具有一定的精度,但数值计算成本太高;热管导热系数值的大小需根据热管应用场景来设定。最后,根据构建电池模组物理模型的必要条件,建立自然冷却电池模组A模型与热管式冷却电池模组B模型,并利用修正的ECT耦合模型与内短路滥用模型分别对两种物理模型在正常与内短路滥用工况下进行仿真分析,并探讨多因素对其热（失控）行为的影响。结果表明:热管冷却对维持电池最佳工作温度及良好的温度均一性是十分必要的;采用工质水的热管式冷却电池模组B模型无法阻止热失控电池的进程,仅可以快速降低热失控电池的温度,但可以避免发生热失控扩展现象。
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