電動車鋰電池模組冷卻之模擬

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姓名

陳柏維(Bo-Wei Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

電動車鋰電池模組冷卻之模擬

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摘要(中)

近年來電動車的發展受到相當重視，電動車主要以鋰電池為動力來源，故電動車內鋰電池模組的散熱對電動車性能的影響巨大，本文建立三維的鋰電池模組以ANSYS FLUENT內建的NTGK經驗模型模擬鋰電池的熱流特性，分析二種冷卻方法對鋰電池模組的影響。
本文使用的冷卻方法是空氣冷卻法與直接液體冷卻法，模擬在不同冷卻流體流速下對鋰電池模組溫度場的變化，結果顯示當空氣流速由2 m/s提升至10 m/s時，放電結束時的鋰電池模組平均溫度由312 K降至304 K，而礦物油流速由0.001 m/s提升至0.005 m/s時，放電結束時的鋰電池模組平均溫度由313 K降至303 K；而在相同的冷卻流體質量流率下，直接液體冷卻法擁有較好的冷卻效果且理想功率損耗低。以質量流率0.94 g/s為例，鋰電池放電結束時，鋰電池模組使用直接液體冷卻法比起空氣冷卻法還低於3.7 K；鋰電池模組上升相同溫度的情況下，直接液體冷卻法的的理想功率損耗極低，約只有空氣冷卻法理想功率的0.1%。

摘要(英)

In recent years, development of electric vehicles have been advanced intensively. The lithium-ion battery (LIB) is the driving power for the electric vehicle and the cooling of LIB module is important for the performance of electric vehicles. This study developes a three-dimensional LIB model and uses the ANSYS FLUENT built-in NTGK empirical model to simulate the thermal flow characteristics of LIB module.
This study uses two cooling methods (air cooling and direct liquid cooling) to simulate the temperature variation of LIB module. The modeling results show that when air flow rate increases from 2 m/s to 10 m/s, average temperature of the LIB module decreases from 312 K to 304 K at the end of the battery discharge. For the case of liquid cooling, when mineral oil flow rate increases from 0.001 m/s to 0.005 m/s, average temperature of the module decreases from 313 K to 30 K at the end of the battery discharge. The direct liquid cooling method has better cooling effect and lower power consumption under the same mass flow rate. For example, when mass flow rate is 0.94 g/s, the temperature at the end of the discharge of LIB with the direct liquid cooling method is 3.7 K lower than that of air cooling method. The ideal power loss of the direct liquid cooling method is very low under the same temperature rise of the LIB module, only about 0.1% of the ideal power loss of the air cooling method.

關鍵字(中)

★ 電動車
★ 鋰電池模組
★ NTGK經驗模型
★ 空氣冷卻法
★ 直接液體冷卻法

關鍵字(英)

論文目次

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
符號說明 ix
第一章緒論 1
1.1 電動車簡介 1
1.2 鋰離子電池介紹 5
1.2.1 鋰離子電池原理 5
1.2.2 鋰離子電池的充放電特性 6
1.3 鋰離子電池特性分析文獻回顧 8
1.3.1 電動車鋰電池應用分析 8
1.3.2 鋰電池放電及熱特性的數值分析 9
1.3.3 鋰電池熱傳分析 10
1.4 研究動機 11
第二章數值模擬方法 12
2.1 計算流體力學與FLUENT軟體簡介 12
2.1.1 計算流體力學 12
2.1.2 FLUENT軟體簡介 12
2.2 統御方程式 13
2.3 鋰離子電池模型 14
2.3.1 模型特性 14
2.3.2多尺度多維度方法 14
2.3.3 NTGK經驗模型 15
2.4 數值方法 16
2.4.1 離散法則 16
2.4.2壓力基準求解器 17
第三章數值模型 19
3.1 鋰離子電池幾何外型與冷卻方法 19
3.2 鋰電池材料 21
3.3 鋰電池NTGK經驗模型設定 24
3.4 邊界條件 24
3.5 計算方法 26
3.6 模擬驗證 26
3.6.1 鋰電池驗證 26
3.6.2 網格獨立性分析 29
第四章鋰電池模組性能之比較 33
4.1 鋰電池模組溫度場分析 33
4.2 電池模組溫度均勻性分析 40
第五章結論 42
5.1 結論 42
5.2 未來建議 43
參考文獻 44

參考文獻

ANSYS, (2015) ANSYS FLUENT theory guide, ANSYS, Inc.
ANSYS, (2015) ANSYS FLUENT user’s guide, ANSYS, Inc.
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指導教授

吳俊諆

審核日期

2017-8-21

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