有轨电车用动力电池热管理系统设计

摘要

动力电池的实际应用中，一般要综合考虑温度对电池性能和循环寿命的影响，以便确定电池工作的最优温度范围，保证在此温度范围内，电池能够获得性能和寿命的最佳平衡。本文开展了动力电池箱体结构设计、基于纳米材料的动力电池热管理设计、基于相变材料的动力电池热管理设计、动力电池温度监控系统设计、动力电池温升测试实验等研究工作。根据实验结果给出了有轨电车用动力电池热管理方案，能够保证动力电池在允许的温度范围内工作，有效防止电池热故障引发的安全问题。主要研究成果如下:
　　(1)构建了双层结构箱体以及在箱体内增加隔热材料的设计方案，并进行了相应的实验验证。在不同的充放电工况下，测试了有轨电车用动力电池温度变化情况，验证了动力电池散热器涂布纳米材料设计方案的有效性，确保了动力电池在最佳温度范围内工作。
　　(2)在不同的充放电工况下，测试了有轨电车用动力电池在自然通风、引空调风、相变材料、引空调风+相变材料这四种温度控制方案下，动力电池的温度变化情况，验证了基于相变材料的动力电池热管理设计方案的有效性，能够保证在有轨电车样车使用过程中动力电池安全可靠。
　　(3)设计了一种动力电池温度监控系统，既能在高温时给动力电池散热，又能在低温环境下通过电加热的方式保证动力电池的正常工作，同时该系统兼具显示、报警等功能。进行了有轨电车用动力电池温升实验，研究了动力电池箱体内部温度分布规律与动力电池温度变化规律，对中高温环境下动力电池热管理方案进行了全面评估。实验结果表明，本文所设计的动力电池热管理系统方案能够满足有轨电车样车的热管理需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容及章节安排

第2章 动力电池箱体结构设计

2．1 引言

2．2 双层及隔热箱体实验测试分析

2．2．1 箱体设计实验对象

2．2．2 箱体设计实验内容

2．3 实验结果分析

2．4 本章小结

第3章 基于纳米材料的动力电池热管理设计

3．1 引言

3．2 基于纳米材料的实验设计

3．2．1 钛酸锂电池电芯

3．2．2 纳米散热结构设计

3．2．3 实验工况设计

3．3 实验结果分析

3．4 本章小结

第4章 基于相变材料的动力电池热管理设计

4．1 引言

4．2 基于相变材料的实验设计

4．2．1 钛酸锂电池电芯

4．2．2 相变材料散热结构设计

4．2．3 实验工况设计

4．3 实验结果分析

4．3．1 自然通风组

4．3．2 引空调风组

4．3．3 相变材料组

4．3．4 引空调风+相变材料组

4．4 本章小结

第5章 动力电池温度监控系统设计

5．1 引言

5．2 系统总体设计

5．3 系统硬件设计

5．3．1 单片机最小系统

5．3．2 系统电源部分设计

5．3．3 存储模块电路设计

5．3．4 温度采集模块设计

5．3．5 制冷制热模块设计

5．3．6 12864液晶屏设计

5．3．7 温度报警模块设计

5．3．8 按键设置模块设计

5．4 系统软件设计

5．4．1 温度采集模块程序

5．4．2 制冷制热模块程序

5．4．3 12864显示模块程序

5．4．4 温度报警模块程序

5．4．5 按键设置模块程序

5．5 本章小结

第6章 动力电池实际工况温升实验分析

6．1 引言

6．2 动力电池温升测试方法

6．2．1 动力电池及动力电池箱

6．2．2 测试系统框架结构

6．2．3 温升测试工况设计

6．3 温升测试实验结果分析

6．3．1 中高温测试工况1

6．3．2 中高温测试工况2

6．4 本章小结

结论与展望

主要研究成果

需要进一步研究的问题

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的论文及专利