1、 题 目：纯电动汽车动力电池安全管理系统设计 摘要在社会文明的不断推进中，汽车行业的发展日新月异，而作为新时代的电动汽车则是解决未来能源问题的关键，还有现阶段，电动汽车的使用量与日俱增，其中的问题也是层出不穷。因此缓解甚至解决动力汽车的难题显得愈发重要，电动汽车中最重要的零部件为电池组，它是电动汽车的核心部件。因此动力汽车中的电池管理系统是汽车整个系统中的核心部分，它对汽车的安全、稳定、耐用性、起着掌控作用。所以在此种情况下，笔者选取纯电动汽车的电池安全管理系统为研究对象，进行一系列的探讨和设计。（1） 对动力电池如锂电池的性能进行比较，并对其多次进行脉冲充电的实验以研究其电池特性。 （2）
2、对高压电系统以及动力电池的故障特点进行分析研究，了解其故障级别。（3） 设计与汽车电池安全管理有关的应用软件，针对系统中不同部位的功能进行研究后，使用密集和分散的结构设计系统，采用主控芯片为主导以控制各个部位的功能，并建立电池组信息采集、充放电管理、故障检测及保护等职能。关键词： 动力电池管理系统；电池故障分析；电池特性分析；纯电动汽车Design of Battery Safety Management System for Pure Electric VehicleAbstract：With the continuous development and progress of societ
3、y, the development of automobiles is also constantly updated, and as a new era of electric vehicles is the key to solve the future energy problems, and at this stage, the use of electric vehicles is increasing day by day, among which problems emerge endlessly. Therefore, it is more and more importan
4、t to alleviate or even solve the problem of electric vehicles, and as the core factor of electric vehicles, there is no better than the battery problem.BMS (Battery Management System) is undoubtedly the most important part of the power car, which controls the safety, practicability, durability and o
5、ther aspects of the power car. Therefore, under this background, I research and design the battery safety management system of pure electric vehicle.(1) Comparing the performance characteristics of lithium-ion plasma battery, and conducting pulse charging experiments for many times to study its batt
6、ery characteristics.(2) The fault characteristics of high voltage system and power battery are analyzed and studied to understand their fault level.(3) The hardware and software of automobile battery safety management are designed, and after analyzing the function of each part of the system, the des
7、ign adopts a dense and decentralized structure, and the main control chip controls the functional modules as a whole, and realizes the functions of battery information collection, charge and discharge management, fault detection and protection.Keywords: Power Battery Management System; Battery Failu
8、re Analysis; Battery Characteristic Analysis; Pure Electric Vehicle目录摘要Abstract第1章绪论 1.1研究背景及其意义 1.1.1研究的背景 1.1.2研究的意义 1.2成果的现状 1.2.1国外研究综述 1.2.2国内研究综述 1.3研究内容 1.4本章小结第2章锂电池的原理及其特性分析 2.1 电动汽车常用动力电池介绍 2.1.1 铅酸电池 2.1.2 镍氢电池（Ni/H） 2.1.3 锂离子电池 2.2锂离子电池工作原理及其特性分析 2.3本章小结第3章高压系统的故障分析和管理 3.1故障级别 3.1.2动力蓄电池
9、故障 3.1.3绝缘失效故障 3.1.4 接触不良或断路故障 3.1.5 系统上电瞬态冲击故障 3.1.6 短路故障 3.1.7 突发事故类故障 3.2 高压系统故障诊断与安全控制策略 3.2.1 故障优先级 3.2.2 故障诊断 3.2.3 系统上电启动控制策略 3.2.4 系统运行管理策略 3.2.5 系统停车控制策略 3.3 本章小结第4章纯动力电动车电池安全管理系统的硬件设计： 4.1系统硬件设计 4.1.1放电回路模块设计4.1.2能量均衡模块设计4.1.3电源模块设计4.1.4开关控制模块设计4.1.5采样模块设计4.1.6通信模块设计4.1.7接入唤醒模块设计 4.2本章小结第一
10、章：绪论1.1课题背景及意义：1.1.1研究的背景随着科学技术的不断发展，汽车的制造业也从传统的手工生产发展到机械化生产直至现在的智能化生产，技术已趋于完善和成熟。在经济的高速发展下，人们的生活水平日益提高，购买私家汽车已不再是遥不可及的梦想。现在越来越多的私家汽车步入了人们的日常生活中，给居民出行带来了极大的方便。汽车制造业为最能反映一个国家工业水平的产品，它需要能源、冶金、化工、钢铁、机械制造等多种重工业协同生产完成的。现阶段，电动汽车的出现，成为了新能源汽车的一个典型代表，然而其存在造价过高、续航能力不足、动力较差、使用寿命不长等诸多弊端。而影响这些因素的关键原因与电源有直接关系。因此，
11、电源的制造技术是限制电动汽车发展的关键因素。电源生产技术主要包含两方面：一是动力电池技术；二是电池管理技术。两者相辅相成。3由于目前的动力电池在能量密度、一致性、安全性等方面还未完全尽如人意，由此可见，该系统是发展电动汽车技术的一个重要环节。它的作用在于电池性能在某种条件的情况下，尽可能提高电源的利用率及可靠性，实现储能高能化。4电池组中的单体电池由于个体差异（如电池生产过程产生的差异，使用过程中的差异等）会导致电池组一致性的差异，这些差异性集中表现为由于充放电时间过长产生的过冲、过放等现象；当电池的充电放电次数不断增长后，会使电池的极化效应增强、电解液电导率下降和电池内部隔膜损坏而导致电池内
12、部短路，这是引起锂电池在充放电次数不断增加后，导致电池容量减少的根本原因。5所以发展动力电池的安全管理系统，是电动汽车走向市场前未来发展的必然方向。该系统能够合理的分配电池电量，对电池起到保护作用，同时保证电池内部电能得到合理使用，并为驾驶人员提供可靠的电池不断变化参数显示，是延长电动汽车续航里程的重要组成部分。所以，BMS系统开发和研究在未来电动汽车发展过程中前景广大。3 对于电动汽车来说，动力电池系统为它的关键部位，其中动力电池系统是由单个锂电池和电池管理系统（BMS）组成的。特别是BMS是动力电池系统中的核心组成部分，因为它主要负责电池系统的可靠运行和检测。BMS的可靠性是动力电池系统设
13、计的关键要求。这是由于在不同的恶劣的环境条件下，Bms的运行会受到很多因素的干扰。61.1.2研究的意义我国以及国外的学者一直未停止对电动汽车中的电子安全管理系统的研究，并对该领域研究持续深入，可以这样说,国内外对于纯电动汽车动力电池安全管理系统的研究与设计成果都是很丰硕的,对于保护车载电源、提高动力电池寿命、增加安全性能有很大的重要意义。1.2研究现状1.2.1国外研究相关综述在国外有学者提出了一种基于平均功率法的小型电动汽车半主动混合动力储能系统的简单功率分配策略，通过采用基于平均功率法的功率分裂策略，半主动HESS系统中的超级电容器可以作为自适应功率滤波器。在此基础上，蓄电池只需向电机逆
14、变器提供恒定/最佳功率或补偿功率。并将仿真模型融合在Matlab、Simulink中。大幅度提高了动力电池的功率效率和电流幅度，使用SC提供保护和峰值功率，确保了动力电池的使用期间增加,以及安全性能的提升。7一些学者表示电解质作为锂离子电池中最易燃的组分，一直被认为与其安全性密切相关。增强锂离子电子安全性能的关键要素为电解质，因此对其进行了优化。通过使用静电纺丝和微胶囊等新型加成技术，以减少对阻燃剂物理性能的限制，改善其电化学性能。8有些学者提出：电池热管理系统的存在能够促进电池稳定、效率较高和安全性功能，其中现代商用电动汽车通常采用液基电池热管理系统，具有很高的传热效率和冷却或加热功能。该学
15、者从低温、高温和不同温度三个方面考察了温度对电池性能的影响，接着讨论了电池管理系统，重点验证了电池建模方法与热管理策略对动力电池安全性能的影响。9又有学者提出：当电池内部的电流较大时，无论是充电还是耗电均能够使电池产生很大热量。以使混合动力传动系的温度保持在安全范围内。所以研究者通过实证研究的方式结合理论，构建了相变材料和空冷相融合的热管理体系。通过采用集成热管理系统，并构建了电池的非稳态数学模型。与此同时，计算了热发电功率、热阻和时间常数，并分析了动力电池接下来的热阻、初始温度、熔化温度和环境温度等控制参数对集成热管理系统性能的影响。10有些学者研究锂离子电池的发热现象和临界发热问题，根据热循环选项进行分类。一种具有蒸气压缩循环的电池热管理系统，包括客舱空气冷却、二回路液体冷却和直接制冷剂两相冷却等相关的学术问题，他们从电池的最高温度和最大温差两个方面对各电池热管理系统进行了讨论与综述，对各系统的不足之处进行了补充，在此基础上推出电池热管理系统，为高性能电池的热管理提供了一种有效的解决方案。111.2.2国内研究相关综述 在我国，大部分专家学者的观点是，能源汽车的主要动力来源于电池的供应，而对动力电池进行安全、有效的管理是新能源汽车的一项核心技术。研究者指出通过建立电池管理
