基于典型城市工况的电动汽车动力电池热管理策略研究

由于能源紧缺和环境污染的问题,电动汽车在近二十年来得到了快速迅猛的发展。动力电池作为电动汽车最为核心的部件之一,将影响到电动汽车未来的发展方向。而电池的热管理系统是动力电池技术最为关键的一环,直接关系到动力电池以及整个电动汽车的安全与寿命。本文以城市电动轿车为应用背景,以18650锰酸锂动力电池为对象,研究了典型城市工况下动力电池生热特性,总结出了动力电池的一般温升规律,并针对当前传感器测量电池温度的滞后问题,结合电池内部温度估计算法,提出了基于电池内部估计温度的热管理策略,该策略结合了动力电池的温度特性以及电动汽车的工况特性,并实时监测、反馈动力电池的电压、电流、温度以及电动汽车的行驶工况,以电池内部估计温度为温度管理依据,最大限度地保障动力电池工作在理想的温度范围内,对提高动力电池及电动汽车的安全和寿命具有重要意义。本文主要的研究工作如下:(1)阐述探究锂电池的生热机理,并总结了动力电池温升的影响因素;厘清了动力电池生热与电动汽车工况特性的关系,并基于advisor仿真软件,在典型城市工况下,得到了动力电池的输出特性,为动力电池的建模仿真提供工况数据。(2)分析总结动力电池现有的建模方法,并基于Comsol软件建立了动力电池的电化学-热三维模型;在典型城市工况及不同环境温度下,对动力电池单体和模块分别进行了仿真计算,得到了不同典型城市工况下的动力电池温升特性,为热管理策略提供了理论依据。(3)搜集整理国内外热管理系统的现状,并提出了基于电池内部估计温度的热管理策略;基于电池内部温度估计方程,在Matlab/Simulink软件上搭建了电池内部温度估计模型,并分析了内部温度估计误差;设计了热管理系统的软硬件框架,为热管理系统的搭建提供支持。(4)为了验证动力电池的温度特性,搭建了热特性实验台架,并对测试数据进行了处理,得到了端电压与SOC的关系曲线和内阻与SOC的关系曲线;搭建了热管理系统半物理仿真平台,验证了基于电池内部估计温度热管理策略的有效性和合理性,改善了基于电池表面测量温度策略的滞后性。