1.1课题研究目的及意义

随着国际航运业对船舶节能减排越来越重视，急需新的能源来代替化石能源。动力锂电池具有能量密度高、自放电率低、使用寿命长、对环境污染小等优点。同时随着锂电池制造技术的日益提升以及使用成本的降低，其在船舶储能应用中越来越受青睐。

由于单个锂离子电池的容量和电压较低，所以使用时都是将一定数量的单体串并联成电池组来使用。但锂电池自身在制造工艺、运行环境上存在一定的差异都会导致各锂电池以不同的速率衰退，使单体之间的差异变得越来越大，从而影响电池组的整体性能，使得整组性能将差于组内单体电池性能总和。并且随着时间推移，电池组不一致性问题加剧，将会严重影响电池组的容量、寿命和可靠性。同时由于船舶用电设备长期工作在高湿度、高盐度、易发霉等恶劣条件下，负荷数目众多，电压波动范围大，且存在风、浪、流等不确定海况，为了保障动力电池的安全运行，需要设计一套电池管理系统（BatteryManagement System，简称BMS）对整个电池系统进行监测与管理。

目前电池管理系统（BMS）大多用于电动汽车行业，其主要功能有：电池状态的检测、电池剩余电量的评估、电池安全保护、电池均衡控制管理、电池信息管理等。电动船舶行业发展时间还不长，有很多地方可以借鉴陆用电池管理系统并结合船舶环境的特殊性来完成船用电池管理系统开发。因此设计一套适用于船舶的安全、稳定、可靠运行的电池管理系统对推动绿色船舶的发展具有重要的意义。而本次毕业设计将主要针对船用动力锂电池管理系统的硬件部分进行设计。

1.2国内外研究现状

国外对电源管理系统（BMS）的研究起步较早，在美国、德国、日本等发达国家中都有较为不错的研究成果。其中特斯拉、通用、松下、日产等都是比较著名的BMS研究企业。2012年，特斯拉发布了一款四门纯电动豪华轿跑车Model S，它采用7104节18650钴酸锂电池组成的电池储能系统，对比传统的大体积电池，其能量密度较大。其电源管理系统（BMS）能够实现数据采集、电池剩余电量（State of Charge，简称SOC）评估、能量管理、热管理、均衡控制和通信等功能。目前特斯拉的 BMS 系统处于世界电动汽车BMS 系统的领先水平。另外日本本田公司推出的电源管理芯片除了传统的监测功能，还增加了惯性控制开关，高压系统安全性监测等功能。德国最具代表性的车载BMS是BADICHEQ系统，它可以同时采集20个单体电池的电压并进行温度与电流的测量，使用小型电机给容量较低的电池充电的方式实现均衡控制，能够储存电池组的历史数据并具有异常报警功能。

我国从“十五”规划开始，国家开始投入大量的经费来支持电源管理系统的研究。近年国内也涌现了大量优秀的BMS 科研单位和企业，如清华大学、北京交通大学、宁波均胜、深圳比亚迪等。其中清华大学在锂电池特性测试和SOC算法等领域进行了深入研究，其为一汽EV-6580电动客车配套设计的 BMS，实现行驶过程中实时监测电池状态参数，当系统发生故障时，对系统提供保护；北京奥运会以及上海世博会中的纯电动大巴均使用了有北京交通大学研发的BMS，由此积累了丰富的经验；深圳比亚迪公司研发的BMS 已应用在其生产的秦、唐等型号的油电混动及E6纯电动汽车上。可以看出，在国家的扶持下我国BMS技术也在日趋成熟，与欧美国家之间的差距也在逐渐缩短。

电动汽车行业的迅速发展也在刺激着电动船舶的发展。2008年德华集团控股有限公司下属德航游艇制造公司与万向集团成功合作，制作了我国第一艘锂电池游船，并成功试航。2014年中船重工远舟（北京）科技有限公司自行研发的中型锂电池动力内河游船配装设备完成系统测试，其中就对新型船用电池组及BMS进行了调试检验工作。测试小组得到了装配设备的完整的运行数据、性能数据，增加了系统的成熟度和稳定度。

采用锂电池作为船舶动力可以克服传统柴油机污染大、效率低的特点，且更符合国家节能减排的政策。目前国内外对于电动船舶的研究还处于起步阶段，专门针对电动船舶BMS的研究很少。大多数电动船还不具备电池管理系统或者直接将车载电池管理系统用于电动船舶中来实现电池组的管理。另外与车载电池管理系统相比，由于船舶的水上运行环境，锂电池组作为其动力系统是不能长期处于失电状态的，所以船载电池管理系统应该要更精确的监测电池组的状态，更准确的对SOC值进行估算，从而让管理人员更好的了解到电池的工作状态，避免船舶失电的危险状况发生。

2. 研究的基本内容与方案

2.1课题研究内容及目标