纯电动汽车动力电池安全管理系统研究(附件)【字数：6865】
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，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。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。 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。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。
目录
一、引言 1
二、锂电池的原理及其特性分析 2
三、纯动力电动车电池安全管理系统 5
（一）系统硬件设计 5
1.放电回路模块设计 6
2.能量均衡模块设计 7
3.电源模块设计 8
（二）系统软件设计 9
1.数据采集方案设计 9
2.状态监测方案设计 9
四、系统运行管理策略 11
五、结论 11
参考文献 13
一、引言
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。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，电源的制造技术是限制电动汽车发展的关键因素。由于目前的动力电池在能量密度、一致性、安全性等方面 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
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。可以尽可能提高电源的利用率及可靠性，实现储能高能化。
因为单体电池的个体差异，例如：如电池生产过程产生的差异，使用过程中的差异等，会导致电池组相同的差异，这些差异主要表现在由于充放电时间过长而产生的过冲、过放等现象；当电池持续的充放电，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引起的电池内部短路，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。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，并为驾驶人员提供准确的电池参数变化，是延长电动汽车续航的重要组成部分。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。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。
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。
二、锂电池的原理及其特性分析
（一）电动汽车常用动力电池介绍
一般，较普遍应用于电动汽车中的动力电池主要有三大类，分别是：铅酸动
力电池、镍氢动力电池以及锂离子动力电池。
1.铅酸电池
在众多的电池中，以铅酸电池的历史最为久远，从人类对蓄电池研究最初至现在，铅酸蓄电池已有了150年历史，人类在铅酸蓄电池研究领域的技术发展已相当成熟。先铅酸电池具有价格低廉、性能稳定、材料易获取、技术成熟度高、能够承受大电流放电功能、适合于各种气候环境等多种优点，在交通、通讯、军事等领域有着广泛的应用，在各个经济领域方面做出巨大的贡献，其重要性不言而喻。铅酸蓄电池通过在其正负极上发生化学反应（反应可逆）来实现电池的充放电过程。铅酸蓄电池电极成分主要是 Pb 粉末和2PbSO2 ，将硫酸的水溶液作为电解液。
反应方程式如下：
负极反应: PbSO2+3H++HSO4→ PbSO4+2H2O+ 式（2.1）
正极反应: Pb+HSO4 → PbSO4+ H++2e ? + + 式（2.2）
电池反应：Pb+PbSO2+2H+2HSO4→2PbSO4+2H2O+ 式（2.3）
现阶段，约束我国铅酸蓄电池产业发展的因素主要集中在三个方面，首先，一些不良企业违反国家相应法律规定，违法从事报废铅酸蓄电池回收管理工作，大量废旧铅酸蓄电池通过非法途径，进入回收渠道，导致正规的铅酸蓄电池回收企业在竞争过程中处于劣势。其次，一些不良商家私自生产非法铅酸蓄电池和再生铅酸蓄电池，由于技术水平落后，使一些技术水平较差的劣质电池流入市场，导致正规企业的市场空间遭到挤压，损害了我国铅酸蓄电池市场的健康发展。第三，一些规模较小的铅酸蓄电池生产企业，由于技术技术和资金力量的不足，无法将电池生产过程中的污染降到最低，并且由于企业规模较小，使得先进的电池生产技术得不到推广，限制了行业的发展。
2.镍氢电池（Ni/H）
镍氢电池真正开始使用是从1988 年左右，进行规模生产是 1990 年在日本。这种电池在各方面性能均优于铅酸蓄电池，但是成本也较高。有些镍氢电池的循环使用和快充能力较强，容量和功率也较高，而且能适应的温度范围较广，因此，这种电池的性能，符合混合动力电动汽车的使用条件，目前已经应用于众多混合动力电动汽车（最典型的的即为丰田普锐斯），发展成为该市场内的主流产品，同时，这类的动力电池在电子产品和电动工具等日常生活用品中也得到了广泛的使用。
电极极片中采用烧结式、拉浆式、泡沫镍式等工艺手段将活性物质进行添加，所采用的工艺不同，电极的含量和电流放电能力都有很大不同，依据使用的行业不同，为一般公众使用的电池多数使用拉浆式负极、泡沫镍式正极组成的电池。
反应方程式如下 ：
负极反应 ：N(OH)2+OH→NOOH+H2O+e 式（2.4）
正极反应 ：M+H2O+e→MHx+OH 式（2.5）
电池反应 ：M+Ni(OH)2→MHx+NiOOH 式（2.6）
目录
一、引言 1
二、锂电池的原理及其特性分析 2
三、纯动力电动车电池安全管理系统 5
（一）系统硬件设计 5
1.放电回路模块设计 6
2.能量均衡模块设计 7
3.电源模块设计 8
（二）系统软件设计 9
1.数据采集方案设计 9
2.状态监测方案设计 9
四、系统运行管理策略 11
五、结论 11
参考文献 13
一、引言
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。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，电源的制造技术是限制电动汽车发展的关键因素。由于目前的动力电池在能量密度、一致性、安全性等方面 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
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。可以尽可能提高电源的利用率及可靠性，实现储能高能化。
因为单体电池的个体差异，例如：如电池生产过程产生的差异，使用过程中的差异等，会导致电池组相同的差异，这些差异主要表现在由于充放电时间过长而产生的过冲、过放等现象；当电池持续的充放电，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引起的电池内部短路，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。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，并为驾驶人员提供准确的电池参数变化，是延长电动汽车续航的重要组成部分。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。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。
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。
二、锂电池的原理及其特性分析
（一）电动汽车常用动力电池介绍
一般，较普遍应用于电动汽车中的动力电池主要有三大类，分别是：铅酸动
力电池、镍氢动力电池以及锂离子动力电池。
1.铅酸电池
在众多的电池中，以铅酸电池的历史最为久远，从人类对蓄电池研究最初至现在，铅酸蓄电池已有了150年历史，人类在铅酸蓄电池研究领域的技术发展已相当成熟。先铅酸电池具有价格低廉、性能稳定、材料易获取、技术成熟度高、能够承受大电流放电功能、适合于各种气候环境等多种优点，在交通、通讯、军事等领域有着广泛的应用，在各个经济领域方面做出巨大的贡献，其重要性不言而喻。铅酸蓄电池通过在其正负极上发生化学反应（反应可逆）来实现电池的充放电过程。铅酸蓄电池电极成分主要是 Pb 粉末和2PbSO2 ，将硫酸的水溶液作为电解液。
反应方程式如下：
负极反应: PbSO2+3H++HSO4→ PbSO4+2H2O+ 式（2.1）
正极反应: Pb+HSO4 → PbSO4+ H++2e ? + + 式（2.2）
电池反应：Pb+PbSO2+2H+2HSO4→2PbSO4+2H2O+ 式（2.3）
现阶段，约束我国铅酸蓄电池产业发展的因素主要集中在三个方面，首先，一些不良企业违反国家相应法律规定，违法从事报废铅酸蓄电池回收管理工作，大量废旧铅酸蓄电池通过非法途径，进入回收渠道，导致正规的铅酸蓄电池回收企业在竞争过程中处于劣势。其次，一些不良商家私自生产非法铅酸蓄电池和再生铅酸蓄电池，由于技术水平落后，使一些技术水平较差的劣质电池流入市场，导致正规企业的市场空间遭到挤压，损害了我国铅酸蓄电池市场的健康发展。第三，一些规模较小的铅酸蓄电池生产企业，由于技术技术和资金力量的不足，无法将电池生产过程中的污染降到最低，并且由于企业规模较小，使得先进的电池生产技术得不到推广，限制了行业的发展。
2.镍氢电池（Ni/H）
镍氢电池真正开始使用是从1988 年左右，进行规模生产是 1990 年在日本。这种电池在各方面性能均优于铅酸蓄电池，但是成本也较高。有些镍氢电池的循环使用和快充能力较强，容量和功率也较高，而且能适应的温度范围较广，因此，这种电池的性能，符合混合动力电动汽车的使用条件，目前已经应用于众多混合动力电动汽车（最典型的的即为丰田普锐斯），发展成为该市场内的主流产品，同时，这类的动力电池在电子产品和电动工具等日常生活用品中也得到了广泛的使用。
电极极片中采用烧结式、拉浆式、泡沫镍式等工艺手段将活性物质进行添加，所采用的工艺不同，电极的含量和电流放电能力都有很大不同，依据使用的行业不同，为一般公众使用的电池多数使用拉浆式负极、泡沫镍式正极组成的电池。
反应方程式如下 ：
负极反应 ：N(OH)2+OH→NOOH+H2O+e 式（2.4）
正极反应 ：M+H2O+e→MHx+OH 式（2.5）
电池反应 ：M+Ni(OH)2→MHx+NiOOH 式（2.6）
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