纯电动汽车用锂动力电池热管理系统开发研究

摘要

目前纯电动汽车正面临着前所未有的发展机遇，锂动力电池作为其关键性零部件之一，正在成为电动汽车发展的制约因素。锂动力电池的性能对纯电动汽车的普及应用有着非常重要的影响，其性能参数又随着温度的变化而产生剧烈变动。为了确保锂动力电池的安全性和其他性能最佳，开发其热管理系统就显得尤为重要。
　　本文基于电化学三维热耦合模型，以LiFePO4锂离子动力电池为研究对象，采用飞思卡尔MC9S12DG128的16位控制芯片作为主控制器，进行锂动力电池热管理系统的开发，主要包括锂动力电池组的结构设计与优化，热管理系统的硬件开发设计和软件系统的开发设计，具体研究内容如下：
　　(1)对锂离子电池工作时的产热机理和温度特性进行了深入地分析研究，在此基础上建立了锂动力电池的电化学三维热耦合模型。
　　(2)开发设计了锂动力电池组的电池包结构，并对电池组的产热情况进行了仿真分析，依据所得到的电池组温度场分布，提出了电池包结构的优化方案，并对其做进一步的仿真分析。
　　(3)使用Altium Designer绘制热管理系统的电路板，主要包括电源稳压模块、单片机最小系统、温度采集模块、电子风扇驱动模块、电加热膜驱动模块、串口通信模块、CAN通信模块。
　　(4)锂电池热管理系统的软件开发，主要包括温度信息采集程序和热管理程序。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题来源及意义

1．2 课题背景

1．3 电池管理系统的研究现状

1．4 电池组热管理系统的研究现状

1．5 本文研究的主要内容和结构

第2章 锂动力电池的温度特性和产热机理

2．1 锂离子电池的温度特性

2．1．1 温度对电池放电性能的影响

2．1．2 温度对电池充电性能的影响

2．1．3 温度对电池SOC的影响

2．1．4 温度对电池循环寿命的影响

2．1．5 温度对电池荷电保持能力的影响

2．2 锂离子电池内部结构

2．2．1 石墨

2．2．2 软碳材料

2．2．3 硬碳材料

2．3 锂电池的工作原理

2．4 锂离子电池的产热机理

2．5 本章小结

第3章 锂动力电池热管理系统结构设计与优化

3．1 锂离子电池的散热模型

3．1．1 热传导

3．1．2 热对流

3．1．3 直角坐标系三维热模型

3．1．4 电化学三维热耦合模型

3．2 单体电池温度场的分析

3．3 锂动力电池热管理系统散热结构设计与优化

3．3．1 锂动力电池组的散热结构设计

3．3．2 锂动力电池组的散热结构优化

3．4 本章小结

第4章 锂动力电池热管理系统硬件开发

4．1 主控芯片MC9S12DG128

4．2 热管理系统的供电模块

4．2．1 MC9S12DG128最小系统的稳压电路

4．2．2 外围元器件的稳压电路

4．3 通信模块

4．4 温度信息采集模块

4．4．1 温度采集传感器的结构

4．4．2 DS18B20的供电

4．4．3 DS18B20温度传感器的工作原理

4．5 散热风扇和电热膜的驱动模块

4．6 电热膜加热方案

4．7 散热风扇的选择

4．7．1 散热风扇的选型

4．7．2 散热风扇的控制

4．8 本章小结

第5章 锂动力电池热管理系统软件开发

5．1 DS18B20传感器温度信息采集

5．1．1 DS18B20传感器的内部结构及操作协议

5．1．2 温度信息采集程序

5．2 CAN通信的网络拓扑结构

5．3 锂动力电池热管理程序

5．3．1 热管理控制策略

5．3．2 热管理控制程序

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文