纯电动汽车用锂动力电池热管理系统开发研究

发布时间：2017-08-17 23:04

  本文关键词：纯电动汽车用锂动力电池热管理系统开发研究

  更多相关文章： 锂离子电池 热耦合 仿真分析 结构优化 硬件系统 软件系统

【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Li Fe PO4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。
【关键词】：锂离子电池 热耦合 仿真分析 结构优化 硬件系统 软件系统
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题来源及意义10
• 1.2 课题背景10-11
• 1.3 电池管理系统的研究现状11-12
• 1.4 电池组热管理系统的研究现状12-14
• 1.5 本文研究的主要内容和结构14-16
• 第2章 锂动力电池的温度特性和产热机理16-27
• 2.1 锂离子电池的温度特性16-20
• 2.1.1 温度对电池放电性能的影响16-17
• 2.1.2 温度对电池充电性能的影响17-18
• 2.1.3 温度对电池SOC的影响18-19
• 2.1.4 温度对电池循环寿命的影响19-20
• 2.1.5 温度对电池荷电保持能力的影响20
• 2.2 锂离子电池内部结构20-23
• 2.2.1 石墨21-22
• 2.2.2 软碳材料22-23
• 2.2.3 硬碳材料23
• 2.3 锂电池的工作原理23-24
• 2.4 锂离子电池的产热机理24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 锂动力电池热管理系统结构设计与优化27-38
• 3.1 锂离子电池的散热模型27-29
• 3.1.1 热传导27
• 3.1.2 热对流27
• 3.1.3 直角坐标系三维热模型27-29
• 3.1.4 电化学三维热耦合模型29
• 3.2 单体电池温度场的分析29-31
• 3.3 锂动力电池热管理系统散热结构设计与优化31-37
• 3.3.1 锂动力电池组的散热结构设计31-34
• 3.3.2 锂动力电池组的散热结构优化34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 锂动力电池热管理系统硬件开发38-52
• 4.1 主控芯片MC9S12DG12838-39
• 4.2 热管理系统的供电模块39-43
• 4.2.1 MC9S12DG128最小系统的稳压电路39-40
• 4.2.2 外围元器件的稳压电路40-43
• 4.3 通信模块43-44
• 4.4 温度信息采集模块44-46
• 4.4.1 温度采集传感器的结构44-45
• 4.4.2 DS18B20的供电45-46
• 4.4.3 DS18B20温度传感器的工作原理46
• 4.5 散热风扇和电热膜的驱动模块46-48
• 4.6 电热膜加热方案48-49
• 4.7 散热风扇的选择49-51
• 4.7.1 散热风扇的选型49-50
• 4.7.2 散热风扇的控制50-51
• 4.8 本章小结51-52
• 第5章 锂动力电池热管理系统软件开发52-63
• 5.1 DS18B20传感器温度信息采集52-56
• 5.1.1 DS18B20传感器的内部结构及操作协议52-54
• 5.1.2 温度信息采集程序54-56
• 5.2 CAN通信的网络拓扑结构56-57
• 5.3 锂动力电池热管理程序57-62
• 5.3.1 热管理控制策略57-59
• 5.3.2 热管理控制程序59-62
• 5.4 本章小结62-63
• 总结与展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 附录A 攻读学位期间发表的论文68

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