【电动汽车动力电池管理系统分析16000字】

电动汽车动力电池管理系统分析目录TOC\o"1-3"\h\u30800摘要 331899引言 57609第一章电动汽车发展技术及发展现状 6163401.1发展现状 684671.2发展特点 6242771.2.1全球发展现状 662711.2.2发达国家发展现状 73161第二章电动汽车及动力电池分类及其特点 884992.1电动汽车分类及其特点 8226852.1.1电动汽车特点 8150802.1.2电动汽车分类 9315182.2动力电池的类型及特点 10171932.2.1车用蓄电池 10223262.2.2锂离子电池 1110172.2.3燃料电池 12313932.2.4飞轮电池 13145332.2.5超级电容 1433822.2.6石墨烯电池 15173382.2.7比亚迪刀片电池 1590472.2.8常见电池性能比较 1724312第三章电池管理系统功能 18125113.1汽车动力电池管理系统 18123483.1.1电池管理系统的使用功能 1822073.1.2电池管理系统的工作原理 1968993.2管理系统对电池的要求 20298673.3动力电池的热处理 20194173.4动力电池冷却方式的优点 2156253.5动力汽车管理系统标准 2247493.6电池管理系统的工作状态 2228201第四章新能源汽车对动力电池性能的要求 241904.1动力电池的要求 24195714.1.1对动力电池的功能要求 24173814.1.2纯电动汽车对电池性能的要求 25243284.1.3混合动力电动汽车对电池性能的要求 2555434.1.4插电式混合动力汽车对电池性能的要求 25297974.1.5对动力电池的一致性要求 25164574.2电池性能的体现 265233总结 275982参考文献 30摘要自汽车工业发展以来，到现在已经有两百多年的历史。在这么长的时间里，汽车经历了无数次更新换代，从出现世界上第一台蒸汽机到现在各种各样的汽油汽车、新能源汽车等，汽车的发展从未停止。而今人们越发的重视环境问题，新能源汽车自然而然的成为了人们重点关注的对象。研发新能源汽车也是许多国家的重点项目，动力电池一直作为一个关键因素影响着新能源汽车在汽车行业领域的发展，动力电池也是汽车领域重要的研究项目之一。电池供电技术的好坏取决于电池系统，因此我们重点在于对各种电池系统进行分析，主要分析其工作原理和特性以及一些性能参数。主要运用先个体分析在对比各自特性然后得出结论的方法进行研究分析，以及归纳总结的方法将所得结果进行归类总结。通过了解新能源汽车技术的发展现状，以及目前使用最多的各类汽车能源电池的性能，通过分析当今最适用的动力电池的性能特点，例如汽车行业一些大公司开发和使用的动力电池，对其进行研究和比较，可以发现这些电池卓越的性能和存在的问题。目前使用最广泛的是锂离子电池，因此我们主要分析电池的运行情况以及影响其效率的因素。最后，我们对影响电池性能的最重要因素，即电池管理系统进行了研究，主要分析其使用功能和工作原理，总结电池管理系统的标准要求和工作状态。关键词：新能源汽车、动力电池、电池管理系统引言由于科学技术的飞速发展，环境问题已经成为一个巨大的问题。因此，世界各国都开始重视发展新能源，以解决能源使用和不断破坏环境的问题。我们国家更是制定了节能和新能源汽车研究计划，将电动汽车电站进行普及推广是中国经济向世界迈出重要一步的主要项目。在汽车行业发展之初，电池技术的发展还没有到一个相对成熟的阶段。电池寿命短、电池造价高的问题无法解决，安全检测技术也不完善。通过科学技术的不断发展和本土科研人员的无限努力，电动汽车技术得到了飞速发展。目前，发展变化最大的是锂离子电池，里程和安全性都比较稳定。锂离子电池材料也很容易制造，因此也是目前使用普遍的电池种类。电动汽车发展技术及发展现状1.1发展现状随着电池技术的不断革新和进步，新能源汽车也在继续发展。当今时代，新能源汽车主要有三种类型：只用电池作为能量来源的纯电动汽车;有两个或两个以上动力来源的混合动力电车;以及通过氢氧电化学反应产生电量作为动力源的燃料电池电动汽车。从2000年开始，交通领域成为全球发展的新项目。各个国家开始争先恐后地进行交通工具的研究和开发。大量的石油资源被使用使得全世界二氧化碳排放量剧烈增加。全球气温升高，南极冰川融化也成为了人们关注的热点问题。汽车行业对石油资源有着巨大的需求量和消耗量，而现在石油资源日渐稀缺而又无法再生，在不久的将来或许将无法满足汽车行业如此大的需求。因此，对新能源即可再生能源的开发利用迫在眉睫。因为现在的技术水平还有局限性，电池供电量有限，短时间内纯电动汽车无法提供超长续航里程，混合动力电动汽车在新能源汽车领域占的比重较大。单一电池提供动力源这门技术还在不断探索和开发中。相信在不久的未来，纯电动汽车会拥有属于它自己的市场。截至目前，我们国家的新能源汽车生产能力已超过200万辆，累计销量超过了500万辆。节能与新能源汽车发展被列入中国汽车制造行业重点项目，我们国家再次明确了会继续支持新能源电动汽车发展，并且希望我国汽车行业领域能够尽快掌握汽车信息化、环保低碳化、智能化等核心技术。最后，我们国家提出纯电动汽车、燃料电池汽车，以及智能汽车仍然是国内汽车领域未来发展的重点方向。1.2发展特点1.2.1全球发展现状纵观各个世界大国，特别是那些经济发达的汽车工商业国家，通过对他们的汽车生产销量以及他们日后的发展计划进行大数据分析，我们得出了一些结论：混合动力电动汽车是当下技术最成熟、发展最迅速的一种新能源汽车类型，其销量和增幅遥遥领先于其他电动汽车。随着科学技术不断的发展，动力电池的功能也在逐渐完善。当前发展尚不完善的纯电动汽车在不久以后也一定会能实现批量生产的愿望，其中以小型电动汽车最为明显。新能源汽车在近几年迅速崛起，掀起了一股世界发展电动汽车的热潮，很多发达国家都位列其中。中国一举成为电动汽车销量第一大国家，拥有全球最大的新能源电动汽车市场。目前全球汽车行业中80%的电动汽车动力电池生产场地在中国。近年来，许多国家的新能源汽车生产量及销售量仍在上升。由于现在科学技术还未达到完全成熟的阶段，有些动力电池技术还存在一些问题，距离其实现规模化还有一定的过程。在未来，发展电动汽车仍然是许多国家发展经济的重要手段。由于受当前经济科技技术等多方面因素影响，汽车动力电池发展具有局限性。但我们从未放弃，一直在探索和发现中前进。面对环境已然遭到破坏的情况，新能源发展势在必行，我们利用可再生的清洁能源去代替之前的不可再生能源，既响应了国家的环境保护政策，也为汽车智能化技术发展提供了方向。1.2.2发达国家发展现状世界是一个共生体，因此这个共生体中的每一部分都对整个世界起着不可忽略的作用。从远古时代的马车到现在的汽车、高铁，都是社会不断演变发展的产物。在汽车行业发展的步履中，发达国家无疑起到了重要的作用。例如，全世界规模最大的动力汽车市场在美国。2014年美国电动汽车销售量比2013年增长超过20%，突破100000辆。有关新能源的计划早在二十世纪末就被美国所提出过，在一些环境恶化严重的地区，应该使用清洁能源。对于汽车尾气排放标准也应该更加严格。正是由于这些相关文件的颁发，人们对于传统汽车尾气污染环境的问题也更加重视，新能源的发展及普遍使用显得尤为重要。早在2000年初，一些欧洲国家就已经制定了尾气零排放的新标准，在无法做到绝对无尾气排放的情况下，尽可能少的排放尾气。使得汽车尾气对于环境的污染变小。此外，其他一些国家专门成立了新能源汽车开发基金会，为电动汽车的技术研发提供资金支持。诸如此类，电动汽车的蓬勃发展离不开每一个国家的努力和支持。电动汽车及动力电池分类及其特点2.1电动汽车分类及其特点电动汽车诞生于内燃机汽车开始发展之前的1873年，当时科技水平尚不发达，电池和起动控制系统还存在一些缺陷，这使得电动汽车发展落后于内燃机汽车。二十世纪70年代，人们对于资源的过度使用引发了巨大的石油危机，在面临石油资源枯竭的危机之下，电动汽车发展技术引起了发达工业国家的重点关注。以日本、美国为代表的国家首先对此展示出了浓厚的兴趣，对电动汽车进行了仔细的探索和研究，还取得了一些关键技术的研究成果。在经过后来经济科技水平的进步以及汽车研发学者们的不懈努力下，电动汽车由之前的用单一电池提供能量的纯电动汽车发展为现在的纯电动汽车、混合动力电车、燃料电池电动汽车三种类型。2.1.1电动汽车特点电动汽车在近几年的发展中具有以下特点：（1）污染低由电力驱动，行驶过程中极少产生有害气体。（2）动力来源范围广电动汽车使用的是一种由其他能源经过加工转化得来的新的能源，我们称之为次级能源或者是人工能源。其种类丰富，主要有天然气、潮汐能、地热能、太阳能等等。（3）高效率电动汽车由电动机提供动力，因此没有内燃机在空转时为了不熄火而消耗的这部分能量。其电池能量可以通过制动过程从发动机转换到车辆。效率高于内燃机。（4）噪声低影响汽车的噪声、振动大小的最重要因素是发动机性能，与传统汽车相比，电动汽车电动机运转时声音很小，尤其是加速的更为明显。（5）有利于实现汽车智能化。电动汽车已经达到电气化和智能化。将电子信息技术与汽车技术结合起来运用到汽车研发中，利用电子技术中的电机控制系统对汽车电气设备进行控制。（6）构造精简，方便维护修理。电动汽车无燃油发动机，不需要经过复杂的齿轮传动产生和传递能量。单一的电机驱动使得电动汽车结构比较简单，操作起来也更加容易方便。内燃机需要定期维护而电动汽车不需要维护，日后保养维护起来也更加容易和便利。（7）能量来源广、经济效率高。电动汽车的能量来源非常广泛。电动汽车在制动时会暂时性地转化为一个类似于发电机的装备，以实现制动延时期间的能量回收。2.1.2电动汽车分类（1）纯电动汽车纯电动汽车是只需要用蓄电池供电和电动机带动行驶。纯电动汽车行驶时不排放有害气体，是当前有利于环境保护的交通工具。十九世纪以来，纯电动汽车就已经出现在世界上很多国家，英国所有的纯电动汽车数量在世界排行中占据领先地位。现阶段下的纯电动汽车技术虽然相对比较完善，但是运用于纯电动汽车的蓄电池技术还存在缺陷，如比功率比能量略小，带来了车辆本身重量过大、单次行驶路程短的缺点，而且现在的蓄电池反复使用次数不够多，且制造成本有点高。纯电动汽车的推广应用还未全面实现。（2）混合动力电动车混合动力电动汽车是一种拥有两种不同动力源的汽车，发动机和电动机既可以单独工作，也可以根据需要相互配合一起工作。根据内燃机和电动机的连接方式的不同可分为并联式和串联式两种。混合动力汽车的推出引起了汽车行业的广泛关注。混合动气电动汽车可以通过控制系统，将内燃机、电动机和储能装置联系成为一个整体。电动机补充车辆起动和加速所需的转矩，并通过发电机吸收内燃机的功率。当内燃机的功率不能充分利用时，车辆制动的多余功率和能量可返回储能装置进行制动存储。减少释放出大量被污染的废气。（3）燃料电池汽车燃料电池汽车通过化学反应将燃料电池中的化学能转化为电能，然后通过电能供汽车使用，其效率可达50%以上，远高于普通内燃机技术。随着与氢气相关的燃料电池技术的发展，采用燃料转化的这种方法使得电动汽车不再只局限于只用电能源作为能量供给的方式。然而，由于燃料转化为电能的化学反应需要一定的时间，所以当汽车启动和加速时所需要的瞬时大功率需要由其他动力源来提供，因此它必须搭配电动车辆的电源以及其他储能元件一起使用。（4）三种电动汽车的比较纯电动汽车：可充电电池提供动力，电机驱动。是真正的无污染排放，在提倡绿水青山就是金山银山的当今时代具有很大的意义，对保护环境起到了促进作用。纯电动汽车目前主要的问题是能源的特殊性和变得更加耗电，因此开发低成本和高效率的电池是需要不断攻克的难题。混合动力电动汽车：由两种或两种以上动力源，通常由蓄电池和发动机组合提供动力并且配合电机驱动行驶。可以长时间行驶，满足人们日常工作和旅行出游的需要。主要缺点是成本高，并且目前还未找到代替石油供其使用的可替代清洁能源。燃料电池电动汽车：以氢气燃料发生反应产生的电能作为动力源，电机驱动。能量利用率高，在消耗相同的能量时其行驶距离较长。材料来源广，可通过化学反应获得，汽车行驶过程中不产生有害气体。但就现在的经济水平而言，其成本过高且技术还不能达到广泛运用的要求。用历史发展的眼光来看，发展前景最好的汽车产品是纯电动汽车和燃料电池汽车，但由于多方面因素的影响，现阶段人们生活中使用最多的还是混合动力汽车。混合动力汽车相较于其他两种新能源汽车，是当今时代发展最为成熟的一种，也是最适合于当下经济状况要求的一种新能源汽车。在未来零排放无污染超节能的理想汽车尚未取得实质性进展时，混合动力汽车依然是人们使用最广的交通工具，依然有其存在的价值。2.2动力电池的类型及特点2.2.1车用蓄电池我们把储存化学能源，在需要时将化学能源转化为电能供其他设备使用的这种装置叫做蓄电池。车用动力蓄电池的功能主要是驱动电机，使汽车行驶。车用铅酸蓄电池是由6个电压为2V的单格电池串联组成的电压为12V的电池。其组成部件主要有：极板、隔板、电解液、联条等，其结构如图2-1所示。图2-1铅酸蓄电池结构及工作原理车用动力蓄电池通过充电后将电能转化为化学能进行储存以供下次使用。工作原理如图1所示。铅酸蓄电池实际比能量较低，为10~50W·h/kg。目前我国生产的蓄电池充放电寿命在3~4年左右。2.2.2锂离子电池锂离子电池由正负极、电解质等部件组成，是一种具有稳定充电周期的电池。其结构如图2所示。原理是锂离子在正负极之间活动，不断积累和丢失电子。电池放电时，负极中的锂离子进入电解液，通过运动回到正极，返回正极的锂离子数与放电容量成正比，充电时相反，工作原理见图2-2。含锂材料常被用作电池电极，锂离子电池的技术效率达到当前技术所能触及的顶端，尤其是输出功率。锂离子电极材料经过不断地研究和优化，性能有了很大的提升，比能量可接近300W·h/kg。图2-2锂离子电池结构及工作原理因此，锂离子技术已经完全接近成熟。锂离子电池单位体积或单位质量产生的电能非常高，加上其有很大的容量并且没有储存器等，这些优点使它在整个汽车开发领域非常受欢迎，是许多国家重点研究的电池。关于锂离子电池性能的优化还在进一步研究和开发中，其有非常广的应用前景，不仅仅是在汽车领域，还可以运用到其他电子设备中，相信也会有令人惊喜的效果。2.2.3燃料电池燃料电池的概念最早是在十九世纪30年代被英国物理学家威廉·葛洛夫提出来的，他提出的理论是燃料电池可以通过我们生活常见的一些化学反应把化学能转化为电能。目前，国内燃料电池汽车尚处于起步阶段。由于客车是目前很多城市的主要中短途交通工具，需求量很大。现下国内的燃料电池汽车产品主要集中在客车上。我们国家掌握了燃料电池在电池堆技术方面的重要零件用料和技术，并且拥有了我国自己的燃料电池汽车技术开发平台，与国际研究水平的差距正在逐渐缩小。氢氧燃料电池一般用石墨作电极材料，正负极各通入氧气和氢气。其结构及反应过程中的反应及原理如图2-3所示：图2-3氢氧燃料电池结构及工作原理目前的燃料电池类型有碱性燃料电池、磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池等，它们的性能比较如表2-1所示。表2-1燃料电池性能比较电池类型碱性燃料电池磷酸燃料电池熔融碳酸盐燃料电池固体氧化物燃料电池质子交换膜燃料电池极板材料镍石墨镍不锈钢陶瓷石墨、金属燃料H2天然气、甲醇天然气、液化石油气H2、CO、HCH2电解质、腐蚀性KOH、有腐蚀H3PO4、有腐蚀Li2CO3-K2CO3、有腐蚀Y2O3-ZrO2、无腐蚀固体稳定氧化锆系、无腐蚀氧化剂O2空气空气空气空气比功率（W/kg）35~105100~22030~40300~100015~20单位面积功率（W/cm2）0.31~2发电效率%45~6035~6045~6035~4550~60工作温度（℃）50~200180~200~650室温~80500~1000工作压力（MPa）<0.5<0.8<1常压<0.5启动时间几分钟2~4h≥10h几分钟几分钟应用参考航空器（曾试用）应用广泛、分布式电站有可能用于大型发电厂有可能用于大型发电厂电动汽车2.2.4飞轮电池飞轮电池的概念是1990年被提出来的，飞轮通过旋转运动这种物理方法就能产生一定的动能，然后将动能转化为电能供电。拥有成熟技术的飞轮可以储存电能，因此被叫做飞轮电池。飞轮电池有着高比能量和比功率，功率密度超过5kW/kg，能量密度远超过锂电池，可达2×104W·h/kg。因此有更长的使用寿命，并且充电时间短，还不会过度放电，是一种人们理想中的高品质电池。飞轮电池储能系统由飞轮、电动机、电力电子变换装置等部件组成，其结构图如图2-5所示。变换装置向电动机输入电能驱动电动机旋转，电动机将能量传给飞轮，飞轮以一定角速度做旋转运动产生电能并储存电能。当飞轮电池外接电子设备需要能量时，飞轮做旋转运动将动能转化为电能，经变换装置将电能转化为个用电器所适合的电压和频率，为外接负载供电。但目前飞轮电池技术尚未成熟，还不能广泛运用到汽车实践中，因此关于飞轮电池，还在进一步的研究摸索中。图2-5飞轮电池结构简图2.2.5超级电容超级电容电池对人们来说是一种较新的概念，是一种特殊的电源。超级电容的储能装置是一种由活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构，可以储存大量的电能量。超级电能通过极化电解质储能，该过程不发生化学反应而且是一种可逆的储能过程，因此超级电容电池可以反复充电放电。超级电容储电能力强，能够达到5×103法拉，功率密度在3×102W/kg~5×104W/kg之间，远远高于蓄电池。但其能量密度只有10W·h/kg，仅仅是锂离子电池的5%。图2-6超级电容电池原理超级电容电池工作原理如图2-6，根据其充放电反应原理，我们可以发现它有充电周期短、寿命长可反复使用、效率高想能良好等许多优点。它的这些特点更加证明超级电容电池是一种节能省源有利于环境保护的绿色环保电池。但就目前的技术而言，无法解决超级电容能量密度太低的问题。2.2.6石墨烯电池石墨烯电池是一种新型电池，它的工作原理主要是利用穿梭在石墨烯表面和电极之间的大量锂离子不断运动产生能量。这种电池的特殊性就在于其电极材料石墨烯的特殊性，石墨烯是超薄透明性很高的、超高硬度的纳米材料，其优良的导热导电性能非常适合用作电池电极材料。石墨烯电池现在还未大量投入实际使用中，但它的技术研究已有一些进展，这为未来汽车发展提供了一个新的方向，若能批量生产并投入现实生活中使用，将会给汽车发展带来一个新的时代。由此看来，石墨烯具有非常好的发展前景。2.2.7比亚迪刀片电池因为磷酸铁锂在安全性上，相比于三元锂电池具有一定的优势，所以刀片电池依旧采用磷酸铁锂作为其正极材料，但刀片电池改变了电池电芯的形状，其具体结构如图2-7所示。REF_Ref31\r\h[19]刀片电池把电芯做的更长更薄，刀片电池的结构，是由像刀片那么薄的电芯组合在一起形成的，这也是它为什么叫做刀片电池的原因了。刀片电池通过改变形状改变了电池组内空间布局，刀片电池的空间布局极具特色，其可以类似于一个简单的支架，这样的结构节省了空间，空间利用率提高解决了传统的磷酸铁锂电池单位体积能量密度过小的缺点。因此刀片电池所能容纳的电芯数目要比传统的电池多，增加了电池容量，带电量也随之增加，因此续航里程和电池供电时间也大大提高。图2-7刀片电池内部结构刀片电池克服了磷酸铁锂不耐低温的缺点，并且拥有较高效率，可以在低温环境下稳定运行。但刀片电池也有属于它的一定的局限性，因为其电芯形状类似于刀片很薄很长，稍加碰撞就会产生变形，并且很难修复。用电芯做支架虽然可以节省空间但却失去了原本支架对电池的保护作用。因此受到外力冲击就无法保证电池完整。总体来说，刀片电池是一种对传统电池结构改变，其本质工作原理并未改变，依旧有着磷酸铁锂电池的原理，其充放电工作反应原理如图2-8所示。图2-8磷酸铁锂电池反应原理刀片电池属于一种创新，这种理念非常先进，值得学习。但距离其广泛应用还缺乏一定的实际性。因此，属于刀片电池的研究开发还在进行中。虽然其结构存在一定的缺陷，但其电极材料磷酸铁锂本身成本不高，相信通过不断修正和完善，在未来可以实现有刀片电池代替三元锂电池。除去其结构上的缺陷，刀片电池续航能力、使用寿命、功率、温度特性等方面都具有良好的性能，综合性能比较优异。总之，刀片电池在未来的发展值得我们期待。2.2.8常见电池性能比较动力电池是新能源汽车的核心技术，动力电池从发展初始到现在已经经历了许多阶段，动力电池的种类也越来越多，各自有不同的特点。目前电动汽车主要使用锂离子电池和铅酸燃料电池，镉镍电池由于其技术局限性，无法解决镉金属排放的污染问题，目前已经停止使用。下表2-2对一些常见的动力电池进行了性能比较。电池类型能量密度W·h/kg使用寿命循环次数充电时间h耐过充电特性环保性能安全性能铅酸电池10-50300-5009-15高不环保较好锂离子电池90-300600-20003-4很低环保良好燃料电池>350>1000环保较好镉镍电池45-80500-12001-3中不环保较好镍氢电池50-80400-6002-4低环保一般锂聚合物电池90-350300-5002-4低环保较好表2-2常见电池性能比较

电池管理系统功能3.1汽车动力电池管理系统电池管理系统由核心部件电池控制单元(BCU)、主充电器辅助充电器、电池预警装置、热管理系统、荷电状态显示装置、模块传感装置和安全模块构成，结构组成如图3-1所示。其中BCU发挥核心功能。电池控制单元发挥最主要的功能即实时监测电池的工作状态，并且随时向各个电池子系统发送指令，使得电池一直处于正常稳定的工作状态。图3-1电池管理系统组成汽车动力电池管理系统是汽车用来保护电池使用安全的控制系统。电池管理系统通过对电池使用过程中的电流、电压、温度等数据进行实时分析，来判断电池使用是否安全。然后电池管理系统通过这些数据进而控制电池的使用时间，还可以控制电池的充电放电。电池管理系统通过对电池的控制作用来实现对电池系统的保护作用。3.1.1电池管理系统的使用功能电池管理系统作为一种控制系统，可以对电池各个参数进行实时测算和分析，将剩余电量和汽车续航里程等信息传递给汽车使用人员，能够在分析电池数据并作出判断，在必要的时候起到警示作用。一个好的管理系统可以延长保护电池性能，延长电池使用寿命。如图3-2所示为动力电池管理系统功能框图。图3-2动力电池管理系统功能框图电池管理系统主要有以下几大功能：（1）数据采集数据采集是电池管理系统的重要功能之一。其分为单体电池电压采集、单体温度信息采集、电池总电压采集、电流采集等数据信息的采集。一般单体电池电压采集精度较高，误差小于0.003v，通常采用集成电路方式；温度采集对精度要求不高，误差控制在1℃即可；电池电压采集不注重对精度的要求。电池电压分为内电压和外电压两条电路，通过对比判断是否完成预充。通过采集单体电压和分压电路获得。电流数据对于保护电池起到了重要作用，因此电流采集对精度要求较高，要求误差控制在小于2%。一般采用霍尔电流传感器或者分流器，采集之后用两路电流传感器相互对比进行修正。（2）SOC、SOH估测荷电状态（SOC）的估计方法有AH计量法、开路电压法、卡尔曼滤波法、神经网络法等等。我们国家的汽车行业主要采用开路电压法和AH计量法来测算电荷状态值。电池健康度（SOH）预测内容包括电池容量、电池使用程度、电池单体差异性等。AH计量法通过电流使用时间来估计电池组当前容量，但该方法受电流测量精度、充电放电周期及倍率、温度和自动放电率等诸多因素的影响，因此需要修正计算法来对各种因素进行清晰度量和具体化；不能用开路电压对荷电状态进行实时预测，但其与荷电状态有一定的线性关系，因此开路电压一般被作为AH计量法估测之后的修正系数之一。（3）故障诊断功能故障诊断可以发现汽车在研发测试阶段出现的问题。（4）高压环路互锁连接电池包输出端和动力线缆的高压插接件通过高压环路互锁功能检测其是否松动，并且在检测后对该问题进行处理。电池管理系统要求控制器通过发送接收方波或电平信号检测环路互锁是否正常。REF_Ref31715\r\h[15]（5）数据通信电池运行中要将电池电压、荷电状态、电池健康度等数据信息传输给系统。信息传输是将这些数据信息传到电池管理系统以外的其他系统，同时接收它们传来的信息，以制定合理的电池管理方案。其次，通过数据传输完成各个电池组之间的数据交流，实时了解电池工作状态。我们国家主要控制器通过局域网总线技术进行通信。（6）电池绝缘监测功能监测功能对于电池安全来说无疑是非常重要的，电池包电压高达几百伏，这对于车辆使用人员来说一旦接触到是非常危险的，因此绝缘功能极为重要。电池管理系统能够监测到车身搭铁的绝缘阻值并且在其故障时断开电压。继电器管理功能继电器可以让电池管理系统对电池包各个电路进行控制，对电池充电放电进行管理。在未来技术越来越发达的情况下，电池管理系统功能也会越来越完善。3.1.2电池管理系统的工作原理电池管理系统工作由以下几个过程组成：首先采集动力电池状态信息；接下来将状态数据传给ECU；其次，ECU对收到的信息进行分析处理进行合理控制；最后，通过控制指令传递电池各个数据信息。具体流程见图3-3所示。图3-3电池管理系统工作过程3.2管理系统对电池的要求达到理想使用状态是动力电池存在的主要问题，所以，电池管理系统的研究和技术就显得尤为重要。电池管理系统所涉及的技术问题，主要包括电池连接方式、使用安全问题、电池维护系统、输出功率等等。这些技术问题和设备如果能进一步优化和完善，那么电池管理系统也将进一步发展。汽车电池管理系统具有控制功能，可以对电池实时工作状态和参数进行分析、管理和控制。控制系统通过其对电池整体的控制作用使得电池最大化的发挥其功能。电池管理系统对于电池使用具有重要作用，因此，我们对于电池管理系统有以下要求：首先，电池管理达到统一性标准，电池容量管理、电池单体性能尽可能达到统一，使电池温度、电压电池单体性能差别等性能在可控范围内。保持电池性能均衡性。其次，电池管理系统中要有温度传感器，用来实时监测电池组平均温度和特定位置温度。保证不会因为个别电池温差过大影响电池安全。最后，电池管理系统中还应该有备用处理系统，在电路损坏等故障导致无法采集数据是作应急处理。3.3动力电池的热处理动力电池热管理系统是用来解决电池组在各种工作状态下的热不均、热失效失控问题，该功能通过对锂离子电池组工作时的不同温度进行分析、同时考虑单体电池生热机能和最佳工作温度区间实现。当前，我国汽车技术研究对于该问题主要集中在通过冷却实现动力电池热处理。现下的冷却方式中要有空气冷却、液体冷却、热管冷却、相变材料冷却等。（1）空气冷却空气冷却技术，顾名思义，是以空气作为冷却介质，然后用风扇或风道使其在锂离子周围流动，带走锂离子产生的热量，从而降低电磁组工作温度。其实质是利用热传递中的对流热交换，是早年汽车热处理方式中的一种。其散热原理如图3-4示。空气冷却有串联通风和并联通风两种。经研究发现，空气冷却方式效率高、便于处理，结构简单。因此成本低，维护方便，应用范围广，但是空气冷却易受到空气比热容和导热系数限制。当前技术开发主要在空气体积流量、电池流道和电池规划等方面。REF_Ref31434\r\h[18]图3-4空气冷却散热图（2）液体冷却液体冷却以乙二醇、水、制冷剂等液体为冷却介质。液体冷却分为直接冷却和间接冷却两种，直接冷却中电池模块完全浸在冷却中与冷却液直接接触，间接冷却液体不与电池直接接触，而是将冷却液通在冷却盘或冷管中，利用对流传热降温。（3）相变材料冷却相变材料冷却通过相变材料改变自身物理状态，将电池放出的热量储存起来，以降低电池温度，也会在电池温度过低时将自身储存的能量释放出来传递给电池，使电池温度始终处于稳定状态。相变冷却利用的是相变材料本身具有较大比热容的特殊性，利用相变储存和放能实现热处理。3.4动力电池冷却方式的优点现在市场上的汽车大多采用水冷和风冷两种方式进行汽车动力电池热处理。风冷利用低温空气作为介质和电池组进行热对流来散热降温。除了降温功能，在电池温度过低时，还能通过客舱空调保持电池组温度，使其一直趋于稳定温度区间。风冷系统结构简单，便于维护处理。因此被广泛应用。水冷系统冷却效果相较于风冷更好，提升了电池效率。水冷系统中电池布局更加紧凑，但水冷系统结构较为复杂，尤其是要防止水管漏水损坏零件。3.5动力汽车管理系统标准电池管理系统对于电池性能非常重要，起着关键作用。近几年来，我们的国家一直倡导对于环境的保护，绿水青山就是金山银山的绿色理念更是深入人心，在过去，环境污染的一大部分来自于交通工具，汽车尾气的排放、汽车燃料的使用造成了自然能源的急剧减少等等，解决汽车使用问题可以极大地改善环境问题，如倡导绿色出行也是近些年来一直出现的理念。而且我国对新能源电动汽车的发展一直非常重视，对于汽车电池管理系统也有着更加严格的标准。动力汽车电池管理系统对电池各个部分都起着监测、控制、管理和维护作用，以保证电池稳定工作。确保电池性能最佳化，确保电池安全，确保电池稳定工作，这都是电池管理系统的重要任务。因此，电池管理系统必须准确监测电池工作中的各种性能参数并判断其是否属于正常允许的误差范围内，这就要求电池管理系统的各个组件必须非常精确，因此在制造这些零部件时要准确，尽可能的使用国家标准件来作为电池管理系统组件。电池管理系统对电池有预测作用，在电池可能出现故障时做出预警。不仅如此，管理系统还要监测电池充电放电过程，避免过度充电放电对电池造成损坏，保证电池安全，该监测系统必须精确稳定。3.6电池管理系统的工作状态汽车动力电池管理系统有准备模式、低功率、高功率、充电和故障五种工作模式。每种工作模式的功能具体如下：（1）准备模式：当汽车尚未完全启动，在准备过程中时，电池管理系统也处于准备状态。电池管理系统中的全部继电器还没有完全启动，处于预备状态。当汽车点火启动时，电池管理系统采集到的来自外部的启动信号，然后发出指令，电池管理系统开始运行。首先电池管理系统并不直接开始进行它对电池组的控制作用，电池管理系统在启动时先进行自我检测，一切正常之后才开始下一步工作。（2）低功率模式：在汽车对电池系统要求不高时使用该模式。在低功率模式下，动力电池管理系统可以控制高压继电器在高压或低压状态下均处于关闭状态，正常电压可以通过持续电流，但过高电压则没有持续电流。以此来减少电能消耗。（3）开机模式：一旦蓄电池管理系统启动并经过检查后一切正常，此时如果检测到启动钥匙电压过高的电信号时，系统将优先排除负极磁道。因此，当发动机调速器链条的功率超过正常值时，会产生电压和电流脉冲。当发动机控制器中电容器两端的电压达到总线压力的五分之四时，系统会关闭正极继电器。在大约10毫秒的时间内，系统可以发送信号来控制初始轨道的分离。将电池转入放电模式。（4）充电模式：电动汽车完全启动后，电路接通，管理系统进入充电模式。在该模式状态下，正负极继电器均被关闭。在充电模式中，电压转换器保证电路正常工作并处于正在工作状态。（5）故障模式：汽车系统在使用过程中不可避免的会出现一些故障，因此故障系统必不可少。在电池管理系统工作过程中不言自明的也应该存在故障工作模式。电池工作过程中会产生高电压，而这种高电压对于汽车人员在使用汽车时非常危险。因此，动力电池管理系统在故障发生时要及时将故障进行分析和处理，要及时做出警示，在故障严重是要及时切断继电器控制，保证汽车使用人员的安全。在今后的研究工作中，要将电池管理系统进一步探索和优化，使电池管理更加标准智能的为汽车服务。

新能源汽车对动力电池性能的要求4.1动力电池的要求新能源电动汽车和传统汽车的最大区别就在于它们的动力系统不同。传统汽车使用汽油或柴油作为燃料，以发动机驱动。而新能源电动汽车则以蓄电池为动力源，使用电能驱动行驶。因此，电动汽车的关键就在于电池，电池是电动汽车能否实际运用的前提。对于不同类型的电动汽车，其性能要求也有所差别，如图4-1为三种电动汽车（HEV、EVP、HEV）对动力电池性能要求的比较。图4-1三种电动汽车对电池性能的比较混合动力汽车以内燃机和电机组合作为其动力系统，对电池性能更要求较高，混合动力电动汽车要求电池具有稳定的输入输出功率，以便在内燃机不工作时动力电池系统能够稳定运行，支撑汽车行驶。对于电池额定容量，混合动力汽车要求其电池容量不用过大，能满足汽车行驶一定的里程即可。纯电动汽车则完全依靠电池提供动力，因此对电池要求极高。纯电动汽车要求电池具有良好的充电放电性能，能够多次充电放电，可以反复使用。电池还需要具备良好的安全性能和适应环境性能，能够适应环境温度变化，受温度影响要小，在寒冷和炎热天气中都能稳定运行，为汽车提供动力。4.1.1对动力电池的功能要求电池是电动汽车中的核心部件，汽车动力电池性能是否优秀，决定着汽车运行中续航能力，驾驶舒适度，节能环保等问题，因此，对于电池性能的要求也是极为严格的，设计电池性能的方方面面都应该严格检测并作出标准要求。对电池的功能要求应包括：质量要求：电池整体质量以及各组件的质量比；功率要求：包含电动机输出输入功率、工作时的额定功率、电池需要的输入功率汽车行驶过程中电动机的功率等等；速度要求：如汽车电机最高转速和最大负荷转速等等；（4）性能参数要求：电池额定电压、充电放电速率、电池工作过程中产生的电流大小、额定容量等。4.1.2纯电动汽车对电池性能的要求纯电动汽车的最主要问题就在于其续航里程不够长，日常行驶不存在问题，但一旦长途行驶、自驾游的时候就会面临汽车续航不足但一时之间又找不到便于电动汽车充电的地方。因此发展电池容量，提高续航里程非常重要。因此纯电动汽车电池必须有足够的容量来储存电能。电池能够进行良好的充电放电，电池实际容量应大于额定容量，是额定容量的1.2倍左右。4.1.3混合动力电动汽车对电池性能的要求在混合动力电动汽车中，由于汽车不仅仅只有蓄电池为其提供能量，而是由蓄电池和发动机组合在一起为汽车供能，因此对于电池性能要求较纯电动汽车小一些。电池荷电状态和电池健康度应该满足要求，即电池要做好随时供能的准备，在需要电池提供电能的时候电池可以以很短的时间是输出功率最大化，快速给汽车提供电能辅助汽车行驶。其次，电池具有良好的安全性能，电池电压电流等尽量维持正常，电池管理系统和热处理系统正常。4.1.4插电式混合动力汽车对电池性能的要求插电式混合动力汽车相比混合动力汽车和纯电动汽车对于电池性能要求更高一些，电池除了需要具备良好的安全性能、稳定的工作状态、良好的温度适应能力、一定的抗火防水能力等等之外，插电式混合动力汽车还要求电池具有超长续航能力，在一次充满电之后能够长时间行驶，即满足短程路途行驶过程中不进行二次充电。如图4-2所示为插电式混合动力汽车的工作模式，通过其工作模式，可看出对插电式混合动力汽车，在低荷电状态下也需要能够稳定供电。图4-2插电式混合动力电动汽车工作模式4.1.5对动力电池的一致性要求电池一致性是指初期单体电池组性能的一致。一致性内容包括电池容量、电极电气特性、温度特性、衰变速度等性能参数。这些性能参数应该保持一致，否则将会影响电池使用过程中的输出。关于电池一致性所包括的这些性能参数，都有具体要求：放电率适当，要求具有良好的充放电性能，要求能够使用大功率负载；工作温度稳定，受环境温度影响较小；并且动力电池应该具备一定的抵抗一些自然灾害得能力，如火灾、烟雾等情况；综合电池整体性能，我们需要的是一款安全、抗压、工作稳定、高效率环保的绿色电池。4.2电池性能的体现电池的性能更主要体现在电池拥有大容量，单次充电使用时间长；高效率能够快速为电子设备供电；使用寿命长可以反复多次使用。除此以外，本着经济的理念，我们所制造的电池应该是物美价廉的低成本高性能电池，要有优异的安全性能和再回收的环保性能。效率高表示电池具有很大的充电放电强度和大量的能量。锂离子电池普及应用的关键就在于体积小但功率大，可以输出大量的电能，在今后的发展中，锂离子电池性能还有可能继续优化。电动汽车在日常生活中主要面临的问题就是电池的更换，在长时间使用后，电池性能不可避免的会有所下降，此时我们就需要对电池进行维护维修，在必要的时候还要进行更换新的电池。因此，电池寿命对于电动汽车日常使用来说尤为重要，寿命问题也是我们对动力电池研究的重要方面。我们需要追求卓越的电池性能，但更重要的是保证电池使用的安全，过度追求高效率、大电流会对电池造成一定的负担，因此需要在电池系统中设置功率控制系统，防止电池输出功率过大损坏电池。除了需要保证电池的安全外，最重要的是我们使用汽车时的安全问题，一切优异性能都要建立在安全性能的基础上，一个对于人类安全的产品才有它继续存在和发展的必要。汽车在启动过行程中需要很高的电压，几百的电压远远超出了人类能够承受的程度，因此汽车中的各个设备都必须具有良好的绝缘功能防止汽车部件漏电对使用人员产生危害。品质优秀的电池能够适合各种环境因素的影响，在炎热寒冷条件下都能发挥稳定的功效，例如在四季温差大的地区，夏季高温可达四十几度，冬季寒冷情况下温度低至零下十度以下。温度差距较大，因此，汽车电池需要有良好的温度适应能力，这就要求汽车冷却系统及热处理系统功能完善。本着环保的理念，电池还应该能够回收再利用，其不能回收利用的材料应达到可降解处理的程度，避免废弃电池污染环境。

总结本篇论文是对电动汽车动力电池系统的分析，围绕新能源电动汽动力电池展开，主要从新能