低速纯电动汽车动力电池包设计开题报告

题目    中文    低速纯电动汽车动力电池包设计开题报告
    英文    Battery Package Design of Low-speed Electric Vehicle
1.选题的背景和意义
随着全球范围可再生能源的开发和应用，推动汽车电动化对于减少我国对传统能源的依赖、实现技术创新、自主品牌的实质性突破具有重大战略意义。
我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，我国已有16个城市被列入全球大气污染最严重的20个城市之中。我国现今人均汽车是每1000人平均10辆汽车，但石油资源不足，每年已进口几千万吨石油，随着经济的发展，石油进口就成为大问题。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。     
纯电动车省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，电动机和控制器的成本更低，且纯电动车能量转换效率更高。因电动车的能量来源是电能，来自大型发电机组，其效率较高，是小型汽油发动机甚至混合动力发动机所无法比拟的。
电动汽车在能源、环保方面的意义是重大的。这种被称为“零排放”的汽车吸引着全世界的目光。据统计，2000年我国进口石油7000万吨，预计2010年后将超过1．5亿吨，相当于科威特一年的总产国家量。环保中心预测：到2010年，我国汽车尾气排放量将占空气污染源的64％。传统的内燃汽车在国外开发的历史已有百年，中国费了很大的力气却仍然只是抓住了尾巴。相比之下，电动汽车还属于产业化初期，尚未形成新的工业体系，中国和其他国家一样处在同一条起跑线上，因此中国在电动汽车领域参与世界的竞争是公平的。“863”电动汽车重大专项规划组组长、同济大学新能源汽车工程中心主任万钢教授说：“在传统汽车领域，我们与发达国家的差距是20年，而在电动汽车领域的差距只有5年。” 作为一种小型、中速和短途的日常交通工具，电动汽车在中国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。

目前，传统汽车的发展越来越受到环境污染和石油价格昂贵的困扰，很多国家的汽车企业越来越重视电动汽车的研发。与传统汽车一样，电动汽车的零部件也必须满足相关安全性要求、保证一定的使用寿命。动力电池包作为电动汽车上的能源核心，其结构动静态性能、典型工况下运行的稳定性和安全性都十分重要。因此，研究电池箱的结构设计、在特定工况下的应力和位移分布情况、电池管理系统BMS的可靠性、电池组内和电池组间的荷电状态SOC的均衡以及热管理系统的设计十分重要。
 
2.研究目标、内容（论文提纲）及拟解决关键问题
1）研究目标
（1）满足整车安装条件，包括尺寸、安装接口等；
（2）电池箱体与电池模块之间的绝缘，电池箱体与整车之间绝缘；
（3）防水、防尘满足IP55或以上要求；
（4）减少电池包内部使电池产生自放电的可能性；
（5）各种接口（通信、电气、维护、机械）等完全、合理；
（6）模块在电池箱体内的固定、电池包在整车上的固定满足振动、侧翻、碰撞等要求；
（7）温度场设计合理，要求电池箱体内部电池温差不超过5℃；
（8）禁止有害或危险性气体在电池包内累积，更不能进入乘客舱；
（9）部分应用（纯电动车）要求快速更换。 [资料来源：Doc163.com]
2）主要研究内容及拟解决的关键问题
（1）动力电池类型的选择，包括经济性分析，安全性分析，比能量和比功率分析，电池包额定总功率和额定容量的确定。
（2）电池箱体的机械设计：包括电池箱体的外形设计，密封防护设计，绝缘设计。
（3）电池箱体的冷却设计：包括冷却液管路的布局，冷却液的选择，冷却液的循环方式，金属散热护板的安装方式，充电条件下对电池模块的冷却。
（4）电池包的电气设计：包括维护接口，通信接口，充放电输出接口，线束设计，保险丝型号的选择，模块的排列布局。
（5）电池箱体系统结构设计，包括安全设计，线束连接线设计，电源系统的绝缘。
（6）电池管理系统BMS设计，包括电池组ECU设计，电池包ECU设计，荷电量均衡器的选择，荷电量均衡方式的选择，温度、电压和电流测量点的点数确定和布局设计，通信总线的设计。
3）研究内容（论文提纲）
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1  研究的背景和意义
        1.2  电池管理机制优化方法的研究现状
        1.3  论文研究的主要内容 [资料来源：www.doc163.com]
        1.4  本文安排   
第二章
        2.1低速纯电动汽车概述
•      2.1.1 各国对低速纯电动汽车的定义
•      2.1.2 低速纯电动汽车的组成和原理
•      2.2 低速纯电动汽车能源系统的布置形式
•      2.3 低速纯电动汽车的关键技术
•      2.4 低速纯电动汽车主要技术指标
•      2.5 本章小结
    第三章 动力电池包结构的设计
•      3.1设计要求
•      3.1.1 碰撞安全性能要求
•      3.1.2 绝缘与防水性能要求
•      3.1.3 散热性能要求
•      3.2 设计过程
•      3.2.1 参数选定
•      3.2.2 方案布置
•      3.2.3 整体结构设计
•      3.2.4 载荷分配校核
•      3.2.5 热管理设计
•      3.2.6 固定结构设计
•      3.2.7 线束设计与布置
•      3.2.8 空间校核与结构有限元分析
•      3.3 本章小结
第四章 电池管理系统的设计
    4.1 设计要求
    4.1.1 电气稳定性能要求
    4.1.2 充放电性能要求
    4.1.3 电池单体的一致性
    4.2 设计过程
    4.2.1 电池管理系统组成
    4.2.2 电池组ECU设计
    4.2.3 电池包ECU设计
    4.2.4 电池荷电量的均衡
    4.3 本章小结
第五章 总结与展望
参考文献
附录
致谢

3.研究方法及技术路线
1）电池包的机械设计

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（1）电池包的外形设计：电池包的最大外形要满足整车安装空间的要求，电池包内部应利于电池模块的排布与安装，电池包除了必须与外界进行直接接口的地方外，电池箱必须密封。
    （2）密封防护设计：电池包防护标准应达到IP55的防护要求。
    （3）绝缘设计：绝缘设计是对电池包的最基本要求。绝缘设计包括电池包箱体电池
模块之间的绝缘、箱体和整车之间的绝缘。在常规环境条件下，要求绝缘电阻不能低于20兆欧。
2）电池包冷却设计
（1）冷却液管路的布局：要保证每个电池单体都有导热管路帮助散热，并且管路形成闭合回路，冷却液可以适当流动。
（2）冷却液的选择：冷却液应具有良好的液体流动性且在极端气候条件下仍可发挥发挥正常效用。
（3）冷却液的循环方式：冷却液应在没有主动循环系统的前提下通过电池组间或电池单体间的温差作用作小幅度的循环流动。
（4）充电条件下对电池模块的冷却：充电式要求对电池模块加强冷却。
3）电池包系统结构设计
（1）安全设计：电池舱应与乘客舱隔开，动力电池和动力电路系统应通过断路器和熔断器进行保护，所有电气的设计、安装应避免相互摩擦，防止绝缘失效。 [资料来源：https://www.doc163.com]
（2）线束连接线的设计：根本的要求就是安全可靠、装拆方便、节约材料、节省空间和布局有条理。
（3）电源系统的绝缘：电池包与车体支架安装绝缘子，绝缘子不仅起到绝缘和支撑作用，还可以防震；在电池包于车体之间垫一定厚度的绝缘层；电池包或电池包安装位置必须进行防积水设计。
4）电池包的电源管理设计
（1）电池组和电池包ECU的设计：电池组和电池包ECU应具有较高的系统抗干扰性能。
（2）均衡器和荷电量均衡方式的选择：均衡器应具有较好的控制性能和较强的工况适应性，并且均衡方式应有利于BMS线路简化以提高BMS的可靠性。
（3）电压和电流测量点的点数确定和布局设计：应选择适当数量的测量点，并且在不令BMS庞杂的情况下高效测量并判断出每个电池单体的情况。
    （4）现场通信总线的设计：现场通信总线需有效支持分布式控制和实时控制的串行通
信网络，需要较高的实时性和较大的数据承载能力。
 
4.研究工作基础
熟悉纯电动汽车的组成及电池包结构，运用CATIA软件进行结构设计。运用工程力学原理，结合典型工况下的受力状况，完成静态强度分析。通过掌握单片机原理并结合现场通信总线基础，确定电源管理系统的设计方案。 [来源：http://Doc163.com]

5.参考文献（10篇以上）
[1]崔胜民主编.新能源汽车技术[M]. 北京：北京大学出版社，2009.
[2]王文伟,毕荣华编著.电动汽车技术基础[M]. 北京：机械工业出版社，2010.
[3]李相哲,苏芳,林道勇编著.电动汽车动力电源系统[M].北京：化学工业出版社，2011.
[4]李哲.纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D].清华大学,2011.
[5]陈清泉,孙逢春,祝嘉光,等. 现代电动汽车技术[M].北京：北京理工大学出版社，2002.
[6]其鲁编著.电动汽车用锂离子二次电池[M].北京：科学出版社,2010.
[7]陈全世,朱家涟,田光宇编著.先进电动汽车技术[M].北京：化学工业出版社,2012.
[8]赵立军编著.电动汽车结构与原理[M].北京：北京大学出版社,2012.
[9]曾新一,刘军编著.动力电池技术-电动汽车核心技术[M].天津：天津大学出版社，2013.
[10]张扬,王峰光.锂电池电池维护与测试现状及测试技术发展趋势[J].电源技术应用,2010.
[11]吴友宇,尹叶丹.基于CAN总线的动力电池管理系统[J].汽车工程,2004,2004(Vol.26)No.5
[12]王阳,宁国宝,郑辉.集中电机驱动纯电动汽车电池包设计[A].

6.实施计划
时间    工作内容    具体要求
2015年11月    调研，收集参考资料    完成课题任务书1份
2015年11月    参考资料的学习和整理    完成开题报告1份
2015年12月至
2016年1月    开题论证，制订设计方案    学习课题相关知识
2016年2月    查阅、翻译外文资料，熟悉CATIA等CAD软件    完成外文翻译1份
2016年3月    结构设计、分析及计算    绘制结构设计图，并进行强度计算与校核。
2014年4月    撰写论文，提交论文草稿    完成毕业论文1份。
2014年4月底    修改并完善论文    严格按照附件格式要求。
2014年5月    完善设计图纸和论文，准备答辩。    提前准备好答辩所需的所有材料和答辩PPT。 [版权所有：http://DOC163.com]