碳包鋁納米顆粒-石蠟復(fù)合相變材料及電池管理系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、在當(dāng)前能源短缺和環(huán)境污染兩大問題的威脅下，各國都在尋找新時代的可替代綠色能源。在眾多能源消耗應(yīng)用中，交通運(yùn)輸所消耗的能源巨大，造成的環(huán)境問題最為嚴(yán)重。因此，在新能源產(chǎn)業(yè)中，電動汽車近年來在國內(nèi)外得到迅速的發(fā)展。而電動汽車的發(fā)展依賴于其動力來源一電池的發(fā)展。鋰離子電池具有重量輕、體積小、比能量高、循環(huán)性能好等多方面優(yōu)點(diǎn)，是電動汽車?yán)硐氲膭恿δ茉?。車載鋰離子電池組的工作性能和安全性受多方面因素的影響，主要因素有工作溫度、充放電電壓、工作電流

2、、電池容量等。因此，要使鋰離子電池工作在最佳的狀態(tài)，必須對電池組進(jìn)行必要的控制管理。本文采用碳弧法制備碳包鋁納米顆粒，填充到石蠟材料中組成碳包鋁/石蠟復(fù)合相變材料。針對鋰離子電池的工作特性，將碳包鋁/石蠟復(fù)合相變材料用作鋰離子電池組熱管理系統(tǒng)的傳熱介質(zhì)，并研究碳包鋁/石蠟復(fù)合相變材料的材料熱學(xué)特性和散熱效果。并且根據(jù)鋰離子電池組的工作要求，設(shè)計了一個可管理由6節(jié)電池組成的電池模塊的電池
　　(1)采用碳弧放電法制備碳包鋁納米顆粒，

3、并利用X射線衍射分析(XRD)，掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、熱重/差熱分析（TG/DSC）多種分析手段對所制備的碳包鋁納米顆粒的晶體結(jié)構(gòu)、微觀形貌及其熱學(xué)特性進(jìn)行表征。并將碳包鋁納米顆粒填充到石蠟材料中制成碳包鋁/石蠟復(fù)合相變材料，并通過DSC、TG和激光閃光法研究碳包鋁/石蠟復(fù)合相變材料的熱學(xué)特性、熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性能。將碳包鋁/石蠟復(fù)合相變材料應(yīng)用于鋰離子電池的散熱材料，通過電池放電實(shí)驗測試碳包鋁/石蠟復(fù)合相變

4、材料對鋰離子電池組的散熱效果。實(shí)驗表明，碳包鋁納米顆粒是一種具有核殼型結(jié)構(gòu)的新型納米顆粒，碳包鋁納米顆?？膳c石蠟復(fù)合制備碳包鋁/石蠟復(fù)合相變材料。與純石蠟相比，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性能和導(dǎo)熱性能都得到顯著改善。在電池放電測試中，以碳包鋁/石蠟復(fù)合相變材料做傳熱介質(zhì)的冷卻系統(tǒng)的冷卻速率最快，可以有效的控制電池的表面溫度。
　　(2)根據(jù)鋰離子電池組的實(shí)際工作要求，設(shè)計可控制包含6節(jié)鋰離子電池的電池模塊的電池管理系統(tǒng)。設(shè)計的電池管理系統(tǒng)擁

5、有電池電壓監(jiān)控、電池均衡管理、荷電狀態(tài)(SoC)評估、工作電流監(jiān)控以及電池保護(hù)等五項基本功能。按照實(shí)際功能要求將系統(tǒng)劃分為五個基本模塊，根據(jù)五個功能模塊的工作原理設(shè)計具體的硬件實(shí)現(xiàn)方案，并完成對應(yīng)的電路原理圖和PCB版圖的設(shè)計。根據(jù)所設(shè)計的PCB版圖文件制備電子印制線路板，完成硬件電路的焊接和調(diào)試工作。
　　(3)開發(fā)各模塊的底層驅(qū)動程序和上位機(jī)軟件，根據(jù)各模塊的工作流程，完成單片機(jī)對各模塊的初始化程序、中斷程序的設(shè)計和串行外設(shè)接