纯电动汽车动力电池模块开发和设计

本课题主要针对纯电动汽车动力电池模块设计进行研究,选用NCR18650PF锂离子电芯作为电池单体,设计从电池单体、电池单元到电池模块多层次的电池系统架构,并基于此架构进行了包括电池单体特性实验、电池单元和电池模块机械结构设计、电池单体和电池单元热分析以及电池单元状态监测和保护模块设计等方面研究。所完成的工作主要包括以下几个方面：(1)锂离子电池单体特性研究：对所选电池单体进行恒流恒压充电特性、恒流放电特性、放电容量与开路电压关系特性、常温下内阻特性等方面实验和研究,并将研究结果和方法指导电池单元以及电池模块的特性分析。(2)动力电池机械结构设计：根据电动汽车电机参数设计电池模块架构,18个电池单体并联形成电池单元,24个电池单元串联形成电池模块。对电池单元和电池模块分别进行了机械结构设计,电池模块设计时充分考虑模块内部电池单元之间的连接、固定、绝缘,并在电池模块内部采用风冷散热,降低动力电池工作温度,最终设计完成的电池模块比能量为105.68W·h/Kg。(3)电池单体和电池单元热分析：首先建立了NCR18650PF锂离子电池单体内芯分层和不分层三维模型,对单体内芯不分层模型进行恒流放电热模型仿真,单体表面温升仿真结果与实验结果基本一致。对简化后电池单元进行0.5C和1C倍率恒流放电热模型仿真,在正常对流换热系数时,两种倍率下电池单元内部最高温升分别为9.27℃和20.45℃。增加强制风冷后,电池单元1C倍率恒流放电最高温升仿真结果降低了4℃。(4)电池单元状态监测和保护模块设计：设计了电池管理系统硬件解决方案,并分为电池单元监测和保护模块、主控模块两部分。本课题重点对其中的电池单元监测和保护模块进行设计,采取主监测电路和次级监测电路相结合的模块架构,主监测电路实现电池单元状态数据输入和均衡信号输出,次级监测电路主要实现电池单元异常状态的诊断和报警。