车用锂离子电池组集成技术的研究.docx

摘 要 PAGE I 车用锂离子电池组集成技术 的研究 (申请清华大学工学硕士学位论文) 培 养 单 位 ： 汽车工程系 学 科 ： 动力工程及工程热物理 研 究 生 ： 指 导 教 师 : 摘 要 发展电动汽车技术是解决能源、环境问题的重要途径之一。电池是电动汽车的关键组成部分，也是电动汽车的技术瓶颈。目前车用电池不能完全满足电动汽车的功能要求，存在使用寿命短、维护成本高、安全性差等问题。电池组集成技术对于解决这些问题具有重要意义。本文基于某种180Ah锂离子电池，开展了电池组集成技术的研究。 首先通过电池性能试验，研究了电池性能特性。在此基础上，建立了电池的三维热模型。通过对常用散热方式的比较和电池性能的分析，热管理系统采用了并流式空气冷却方式。之后基于计算流体动力学，建立了热管理系统的仿真模型，在FLUENT软件中进行了仿真研究。针对仿真结果反映的电池温度分布不一致的问题，研究了结构优化的方法，并提出了一种结构优化方案。这种方案可以使电池组内单体温度分布达到较好的一致性。进一步仿真分析结果表明，这种结构优化方法对于调节并流式空气冷却系统的温度分布效果显著。 电池管理系统采用分布式结构，由一个主控单元和多个数据采集单元组成。电池管理系统通过CAN网络完成系统内部和对外通讯。主控单元是系统的核心，采集电池组状态参数；数据采集单元采用LTC6803-4芯片进行单体电压采集和单体电压均衡。针对电池系统在运行中可能遇到的突发状况，研究了电池系统的电气结构，提高了系统安全性。最后针对电池管理系统人工标定效率低下的问题，提出了一种自动标定的方案，提高了标定效率。 在前期研究的基础上，研究了单体电压均衡、温度传感器布置和结构密封等电池组集成的关键技术，完成了电池系统的集成。研究结果表明，电池电极部分发热严重，对电池组温度分布影响很大。据此结果，对仿真模型进行改进，改进后模型精度得到了明显提高，实验结果与仿真结果实现了较好的吻合。 关键词：电动汽车；电池组集成技术；锂离子电池；电池管理系统；电池热管理系统 Abstract Abstract Developing electric vehicle is an effective way to solve the energy and environment problems. The battery is a key component of the electric vehicle, and is also a bottleneck of the electric vehicle development. Presently，batteries used in vehicles can not completely meet the requirements of electric vehicles. There are some problems in battery life, maintenance costs, safety and so on. Integration technologies of batteries are of great significance for solving these problems. Based on 180Ah Li-ion battery, the thesis studies integration technologies of batteries. Using the battery tests, the characteristics of the 180Ah battery are presented. Based on the results, the 3D thermal model of the battery is built. With the comparison of common cooling styles and analyses of battery features, parallel cooling style is used in thermal management system. Based on computational fluid dynamics, the simulation model is built in FLUENT and the simulation study is developed. Aiming at disaccord temperature distribution of the batteries reflected by the simulation results, a structural optimization me