毕业论文纯电动汽车电源管理系统设计.doc

毕业论文纯电动汽车电源管理系统设计.doc

《毕业论文纯电动汽车电源管理系统设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文纯电动汽车电源管理系统设计.doc（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

纯电动汽车电源管理系统设计

目录

摘要…………………………………………………………………………………

（1）

一、绪论……………………………………………………………………………

（2）

二、电池管理系统的国内外现状…………………………………………………（4）　　2.1国内外电池管理系统的发展概况…………………………………………（5）

三、电池管理系统的设计………………………………………………………（9）

3.1电池管理系统开发目标…………………………………………………（9）

　3.1.1技术指标……………………………………………………………（9）

3.1.2功能要求……………………………………………………………（10）

3.2电池管理系统构架及原理………………………………………………（11）

3.3电池管理系统软硬件接口定义…………………………………………（13）3.4电池管理系统控制策略…………………………………………………（16）

3.4.1控制模式……………………………………………………………（16）3.4.2安全保护策略………………………………………………………（17）

3.4.3CAN通信协议………………………………………………………（18）

结论………………………………………………………………………………（19）

致谢………………………………………………………………………………（19）

参考文献…………………………………………………………………………（20）

英文摘要…………………………………………………………………………（21）

中文摘要

摘要：

与动力电池相关的管理控制设备称为——电池管理系统，作为一个整体在电动汽车中发挥作用。

电池管理系统的作用主要可分为两个方面：

保证电池安全；合理高效的使用电池储存的能量。

针对目前电池管理中存在的问题，本论文以江淮第三代同悦纯电动轿车为应用背景，对电动汽车车用锂电池管理系统的开发进行了研究。

论文首先列出了电池管理系统的技术指标和功能要求，从电池管理系统的技术指标和功能要求的角度出发，围绕电池安全和有效利用的目标，分析了电池管理系统的构架和原理。

在此基础上，考虑到车用电池的使用环境和工作环境，作出了对电池管理系统软硬件接口的定义和控制策略。

关键词：

电池管理系统，纯电动汽车，控制模式，安全保护策略，CAN通信协议

【正文】：

第一章绪论

　　随着人们环境意识的不断提高，加上石油资源的不可再生性，世界石油资源的存量逐渐减少，环境问题与交通能源成为21量世纪全球面临的重大挑战，同时也是制约汽车工业可持续发展的症结所在。

世界石油化工能源面临供应短缺问题，根据美国能源部和世界能源理事会的预测，全球石化类能源的可开采年限分别为石油39年、天然气60年、煤211年，主要分布在美国、加拿大、俄罗斯和中东地区。

美国能源部研究预测，2020年以后，全球石油需求与常规石油供给之间将出现净缺口，2050年供需缺口将达到每年500亿桶，几乎相当于2000年世界石油总产量的两倍。

中国是石油资源相对贫乏的国家，“石油的稳定供给不会超过20年"。

国家发展和改革委员会的研究表明，导致我国今后石油消耗的主要因素将来自予包括汽车在内的交遥领域，到2020年，汽车消耗的能源将占到石油总量的50％，届时的石油依存度将超过60％。

同时大量的石化类交通能源消耗导致了严重的环境污染，其中燃油汽车排放的废气C02，CO，N02以及烟尘严重污染了城市的环境，同时大气层C02（据统计全世界20％的C02来源于汽车燃料燃烧所产生的废气）浓度的提高，使得全球气候变暖，对整个地球的生态环境造成了难以量化的毁坏。

联合国开发计划署的《中国人类发展报告》指出，目前全球20个空气污染最严重的城市中，中国占16个。

在环境和能源的双重压力下，电动车（EV）作为一种绿色智能高效的交通工具，它的生产和应用有效地解决了能源和环境可持续发展的问题，电动汽车重新成为世界各国尤其是发达重家研究的重点，电动汽车的应用前景广阔【1】【2】。

　　电动车成为世界各国著名汽车制造商的开发热点。

电动汽车技术在各国政府以及各大汽车公司的推动下得到了迅速发展。

1991年美国能源部与三大汽车公司（戴姆勒—克菜斯勒、福特、通用）共同成立的先进电池联合体UNITEDSTATESADVANCEDBATTERYCONSORTIUM（USABC），致力于研究和发展先进的电动车能源系统，建立了专门从事电池及管理系统的测试、试验等研究的实验室和研究机构。

之后，全世界汽车制造厂家纷纷开发并推广使用电动车。

于是由于电动车的蓬勃发展和其远大的前景，促进了电池及其管理技术的发展，世界各大汽车公司纷纷投巨资并采取结盟的方式研究各种类型的电池。

在电动汽车发展的同时，电池管理技术也取得了长足的进步。

日本青森工业研究中心从1997年开始至今，仍在持续进行电池管理系统（BMS）实际应用的研究；美国Villanova大学和USNanocorp公司已经合作多年对各种类型的电池SOC进行基于模糊逻辑的预测；丰田、本田以及通用汽车公司等都把BMS纳入技术开发的重点。

对于我国来说，电动汽车的研发还是赶超世界汽车强国的唯一出路。

国际电动车辆技术当前的发展状况主要表现为：

纯电动车辆技术日臻成熟，在特定区域推广应用，等待发展机遇；混合动力汽车技术渐趋完善，进入商业化推广阶段；燃料电池汽车技术处于新的突破前期，正在成为新的研发热点。

经过“八五"、“九五"和“十五”的技术公关，我国在电动汽车整车及零部件也取得了显著进展，同时对电池管理系统以及充电机系统进行了长期深入的研究开发，在BMS方面取得很大的突破，与国外水平也较为接近，研制产品在纯电动和混合动力电动车上得到大量使用，部分关键技术已处于国际领先水平。

但电池管理技术还并不成熟，电动汽车的发展及产业化，对动力蓄电池管理系

统将具有巨大的市场需求，同时技术上也将提出更高的要求【1】【2】。

　　为了改善电动汽车的动力性和能量利用率，动力蓄电池的电压越来越高，由原来的几十伏上升到现在的几百伏，所以需要配备专门的系统来管理高压系统的安全。

根据电动车辆的实际结构和电路特性，本文设计了可以实现对电动汽车电池高压系统的安全管理【3】【4】。

第二章　电动汽车电源管理系统国内外现状

汽车是人们生活的重要交通工具，随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始购买汽车。

但是，汽车的大量使用带来了能源消耗，资源短缺，环境污染等一系列问题，这些问题促使各大汽车公司竞相研制各种新型无污染的的环保车。

而电动汽车是以电能为能源，通过电动机将电能转化为机械能，这完全符合研制零污染汽车的理念。

因此，电动汽车作为解决资源短缺，环境污染等问题的重要途径，得到了快速发展。

自进入新世纪以来，节能环保成了当前当前能源环保问题的一大焦点，各个国家对节能和环保问题都很重视，不信投入大量资金和精力用于科研开发上，其中电动汽车就是很多国家重点研究开发的对象，因为当前越来越多的家庭都有了自己的电动汽车，而且私家车的数目还在不断增加，虽然给人们很多交通上的便利，但是却消耗掉了全世界每年石油产量的一半以上，这么多是由燃烧后排放出去的气体对环境来说也是一个巨大的负担，空气污染，酸雨都与这有着直接的联系，而且加剧了能源的紧张，导致油价上涨等等一系列问题，尤其是最近几年在我国有些地方出现了柴油、汽油紧缺的现象。

电动汽车是解决这一系列难题的一个好的出路，它有这么三大突出的优点，第一，电动汽车利用的电能，电能来源广泛，有火力发电、水力发电、风力发电、潮汐发电、太阳能发电、地热发电等发电方式；第二，电动汽车对环境的污染非常小，噪音小，非常的环保；第三电动汽车的能源利用率高，正符合国家节能环保的政策。

目前电动汽车主要有三种类型：

纯电动汽车，它是以蓄电池的电能作为汽车的动力；混合动力电动汽车，它是发动机和电力传动并存的电动汽车，两者可以互相补充，是发动机汽车到电动汽车的过度型；燃料电池汽车，它是以燃料电池作为动力来源的。

当然电动汽车的发展还存在许多问题，主要是动力电池和高效率的充电问题，电池管理系统是很重要的一个研究反方向【5】。

2.1国内外发展概况

目前世界各国都在大力研制电动汽车。

下面介绍几种典型的电池管理系统。

（1）德国柏林大学研制的电池管理系统

系统包括：

显示模块、速度调节模块、温度调节模块、上位机诊断模块，还有为电池模块配备的平衡器。

总体控制方案中，采用CAN总线模式，微处理单元采用西门子公司的Microcontroller80C167CR。

该电池管理系统是目前国际上功能比较全、技术含量比较高的电动汽车用电池管理系统，其主要功能主要包括防止电池过放充电、电池组热管理、基于模糊专家系统的剩余电量估计、用神经元网络辨识电池。

（2）韩国大宇公司DEV5-5电动汽车用电池管理系统

该电池管理系统的主要功能有：

数据采集、优化充电、SOC估计与显示、安全管理、能量管理、电池管理和故障诊断功能。

电池管理系统有电池控制单元（BCU）、主充电器、辅助充电器、热管理系统、SOC计算、电池报警系统、模块传感器装置和安全模块构成，其中BCU发挥核心功能。

BCU实时监测电池工作状态，向各子程序系统发送正确的指令以使动力电池正常工作。

（3）北京交通大学研制的电池管理系统

　　这个电池和管理系统是在国家“863”计划支持下由北京交通大学完成的用于动力镍氢蓄电池监测及管理的系统装置，在2002年12月科技部验收了这个电池管理系统项目。

系统装置可以监控电池的运行状态、估量电池的剩余电量、对使用过程中出现的故障进行早期的诊断和充电。

2.1.1电动汽车用蓄电池

根据汽车的使用特点，其实用的动力电池一般应具有比能量高、比功率大、自放电少、工作温度范围宽、能快速充电、使用寿命长和安全可靠等特点。

前景比较好的是镍氢蓄电池，铅酸蓄电池，锂离子电池，

2.1.2电池管理系统（ＢＭＳ）

电池能量管理系统是保持动力电源系统正常应用、保证电动车安全和提高电池寿命的一种关键技术，它能保护电池的性能，预防个别电池早期损坏，利于电动车的运行，具有保护和警告功能。

电动汽车的充电、运行等功能与电池相关参数协调工作是通过对电池箱内电池模块的监控工作来实现的，它的功能有计算并发出指令，执行指令，提出警告。

电池能量管理系统主要包括：

电池状态估计、数据采集、热管理、安全管理、能量管理和通信功能【7】【8】。

（1）数据采集电池管理系统的所有算法、电动车的能量控制策略等都是以采集的数据作为输入，影响电池能量管理系统性能的重要指标是采样速率、精度和前置滤波特性。

（2）电池状态估计　　电池状态估算包括ＳＯＣ和ＳＯＨ，是电动汽车进行控制和功率匹配的重要依据。

在行车过程中系统可以随时计算车辆能耗给出ＳＯＣ值，供能源管理系统进行功率配置和确定控制策略，使驾驶员知道车辆的续驶里程，及时作出决定到充电地点充电防止半路抛锚，ＳＯＨ告诉驾驶员电池的寿命。

（3）能量管理　在能量管理中，电压、温度、电流、SOC、SOH等作为输入完成这些功能，控制充电过程，用SOC，SOH和温度限制电源系统输入、输出功率。

（4）安全管理具体功能是监视电池电压、电流、温度是不是越过正常范围；防止单体电池过充。

（5）热量管理电池的热量管理对于大功率放电和高温条件下使用的电池非常关键。

热量管理的目的是使电池单体温度平衡并保持在一定的范围内，使高温电池降温，使低温电池温度升高。

（6）通信功能电池管理系统与车载设备设备的通信是BMS的重要功能之一，根据实际的应用需要，可以采用不同的通信接口进行数据交换，如：

PWM信