摘 要

在电动汽车发展越来越快的今天，大量的纯电动汽车进入市场，纯电动汽车的安全性也受到了人们的重视与关注。本文基于这一背景，利用FMEA工具对目前市面上的主流纯电动汽车的动力系统失效模式进行了细致的归纳总结，并对各部件进行了详细的危害性分析，试图为保障纯电动汽车的安全作出一定贡献。

文章详细介绍了研究的背景，对FMEA的具体操作流程与评定标准进行了讲解，并对动力系统中最为重要的电机系统与电池系统进行了分析。篇幅所限，本文选取了目前市面上最为常见的永磁同步电机与锂离子电池进行分析研究，本文详细例举了可能发生的各种失效模式，并对其进行了大致的归类，严格依据FMEA工具手册给定的评定标准给出S、O、D值，幷得出其RPN值。

关键词：纯电动汽车；永磁同步电机；锂离子电池；失效形式；危害分析

Abstract

Nowadays，with the rapid development of electric vehicles，a large number of battery electric vehicle have entered the market.Based on this background，I summarized in details in the power system failure mode of pure electric vehicle by FMEA tools in this paper，and I analyzed the dangers of various components in detail，trying to make a certain contribution to protecting the safety of pure electric vehicles．

The paper introduced the research background and the specific operation process and evaluation criteria of FMEA，analyzed the motor system and the battery system which are the most important systems of the power system．Because of the limitation of length，this paper selected the currently on the market the most common permanent magnet synchronous motor with lithium ion battery analysis research，illustrated the possibility of various failure modes in detail and summarizes them roughly，defined S，O and D accordance with the evaluation criteria specified in the FMEA tool manual directly and calculated RPN．

Key word：battery electric vehicle；Permanent magnet synchronous motor；lithium-ion battery；failure modes；hazard analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 研究内容及研究方法 3

第2章 纯电动汽车动力传动系统 4

2.1 FMEA简介 4

2.1.1 FMEA流程 4

2.1.2 FMEA各项指标标准 5

2.2 动力传动系统 6

2.3本章小结 7

第3章 电机失效形式及危害分析 8

3.1 电机分类与选型 8

3.2 永磁同步电机结构及原理 11

3.3 永磁同步电机危害分析 11

3.3.1 电气故障 12

3.3.2 机械故障 13

3.3.3 电机控制系统故障 14

3.4 永磁同步电机FMEA表 14

3.5 本章小结 16

第4章 电池失效形式及危害分析 17

4.1 电池分类与选型 17

4.2 锂离子电池结构及原理 18

4.3 锂离子电池危害分析 19

4.3.1 电池单体故障 19

4.3.2 电池组件故障 20

4.3.3 电池管理系统故障 21

4.4 锂离子电池FMEA表 22

4.5 本章小结 24

第5章 全文总结 25

参考文献 26

致 谢 28

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

美国权威汽车杂志《WardsAuto》提供的初步数据显示，2017年全球乘用车和卡车销量可能首次突破9000万辆。早在2009年，全球汽车保有量便首次突破10亿辆，此后全球汽车保有量又增长了三分之一^[1]。在汽车保有量稳步增加的同时，汽车所带来的环境污染问题与能源消耗问题也越来越受到人们的关注：（1）尾气污染问题，汽车尾气中的二氧化硫等有害气体会对人造成极大危害，还会引起酸雨，且汽车尾气治理在汽车售出后很难得到有效监管；（2）能源问题，当前交通领域的需求增长占原油总需求增长约2/3，每年有20%以上的石油用于汽车^[2]，且石油为不可再生能源。因此发展燃油汽车以外的新能源汽车是当务之急。

早在19世纪30年代，罗伯特·安德森便发明了世界上第一台电动汽车，这比燃油车早了将近 50 年^[5]。1995年，丰田成功研发了获FIA认可的RAV-EV型电动汽车。1997年，通用公司开发出当时而言动力传动系统最为先进的双座EVI纯电动汽车^[6]。时至今日，电动汽车技术接近成熟，特斯拉连续发布四门纯电动豪华跑车Model S^[7]与豪华纯电动SUV Model X^[8]等被消费者所认可的高质量电动汽车。国外各大汽车公司对新能源汽车的研发都十分重视，也生产出了许多可批量生产的优秀成品，对电动汽车的发展起了十分重要的推进作用。

中国早在“八五”计划中就将电动汽车研发列为重大科技攻关项目；“十二五”计划期间，国家颁布《电动汽车科技发展十二五专项规划》，预计总投资在600亿元以上，其中充电设备投资120亿元^[9]；到了“十三五”期间，国务院正式发布《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》，发展新能源汽车更是别列为规划的八大任务之一^[10]。不仅仅是国家政策方面，企业间的合作也非常频繁。2010年8月，“新能源汽车央企大联盟”在京成立，该联盟由16家大型央企发起^[11]。同年12月，电动汽车产业技术创新战略联盟成立，是科技部正式批准的试点联盟之一^[12]。这些政策颁布与联盟的成立都为国内新能源汽车的发展奠定了扎实基础。

通过上述的政策扶植，中国的新能源汽车开发取得了较大进展，自主研发能力也大为进步，多项关键性技术取得重大突破甚至走在世界前列，如由江淮新能源自主研发的电池热管理系统——液冷技术^[13]。液冷技术的突破，标志着江淮新能源在电池热管理系统上已经达到世界领先水平。在过去的2017年，我国宁德时代电池销量达到11.8GWh，超越松下的10GWh年销量，成为全球销量排行第一的动力电池企业^[14]。中国新能源汽车产业虽然起步晚，但是发展势头十分快速。