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          新能源電動汽車的電池管理系統(BMS)

          發布時間:2021-02-18 08:41:01

          新能源汽車經過了多年的發展,電池仍然是一個技術難題,需要高精度和高魯棒性來保證電池工作的萬無一失。

          新能源汽車與傳統汽車很大的區別是用電池作為動力驅動,所以動力電池管理技術(Battery Management System,BMS)成為了新能源汽車研究的核心技術。

          什么是電池管理系統?

          電池管理系統(Battery Management System,BMS),電動汽車電池管理系統(BMS)是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶,BMS系統通常包括檢測模塊與運算控制模塊。 主要功能包括:1)電池物理參數實時監測;2)電池狀態估計;3)在線診斷與預警;充、放電與預充控制;4)均衡管理和熱管理等。

          電池管理系統的優勢:

          電池管理系統(Battery Management System,BMS)的主要任務是保證電池系統的設計性能:

          1)安全性,保護電池單體或電池組免受損壞,防止出現安全事故;

          2)耐久性,使電池工作在可靠的安全區域內,延長電池的使用壽命;

          3)動力性,維持電池工作在滿足車輛要求的狀態下。

           

          電池管理系統的分類:

          1)分布式電池管理系統(BMS):分布式BMS采用分布式系統架構設計,包括:主控制模塊上位機(BMU),電池檢測模塊下位機(LECU)。

          應用領域:主要適用于大巴、物流清潔等交通運輸領域及大型儲能領域。

          2)一體機電池管理系統(BMS):一體機系列的BMS產品,高度集成了單體電池電壓,電流的采集,均衡模塊,SOC估算,溫度采集,充放電控制模塊。

          應用領域:小型電動車、微型電動車。

          電池管理系統的主要組成及功能:

          (1)電池終端模塊(主要進行數據采集,如:電壓參數、電流參數、溫度、通信信號等);

          (2)中間控制模塊(主要與整車系統進行通訊,控制充電機等);

          (3)顯示模塊(主要進行數據呈現,實現人機交互)。

          為滿足相關的標準或規范,BMS的這些組成模塊要完成的如下工作:

          (1)電池參數檢測。包括總電壓、總電流、單體電池電壓檢測(防止出現過充、過放甚至反極現象)、溫度檢測(*好每串電池、關鍵電纜接頭等均有溫度傳感器)、煙霧探測(監測電解液泄漏)、絕緣檢測(監測漏電)、碰撞檢測等;

          (2)電池狀態估計。包括荷電狀態(SOC)或放電深度(DOD)、健康狀態(SOH)、功能狀態(SOF)、能量狀態(SOE)、故障及安全狀態(SOS)等;

          (3)在線故障診斷。包括故障檢測、故障類型判斷、故障定位、故障信息輸出等。故障檢測是指通過采集到的傳感器信號,采用診斷算法診斷故障類型,并進行早期預警。 電池故障是指電池組、高壓電回路、熱管理等各個子系統的傳感器故障、執行器故障(如接觸器、風扇、泵、加熱器等),以及網絡故障、各種控制器軟硬件故障等。電池組本身故障是指過壓(過充)、欠壓(過放)、過電流、超高溫、內短路故障、接頭松動、電解液泄漏、絕緣降低等;

          (4)電池安全控制與報警。包括熱系統控制、高壓電安全控制。BMS診斷到故障后,通過網絡通知整車控制器,并要求整車控制器進行有效處理(超過一定閾值時BMS也可以切斷主回路電源),以防止高溫、低溫、過充、過放、過流、漏電等對電池和人身的損害;

          (5)充電控制。BMS中具有一個充電管理模塊,它能夠根據電池的特性、溫度高低以及充電機的功率等級,控制充電機給電池進行安全充電;

          (6)電池均衡。不一致性的存在使得電池組的容量小于組中*小單體的容量。電池均衡是根據單體電池信息,采用主動或被動、耗散或非耗散等均衡方式,盡可能使電池組容量接近于*小單體的容量;

          (7)熱管理。根據電池組內溫度分布信息及充放電需求,決定主動加熱/散熱的強度,使得電池盡可能工作在*適合的溫度,充分發揮電池的性能;

          (8)網絡通訊。BMS需要與整車控制器等網絡節點通信;同時,BMS在車輛上拆卸不方便,需要在不拆殼的情況下進行在線標定、監控、升級維護等,一般的車載網絡均采用CAN;

          (9)信息存儲。用于存儲關鍵數據,如SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電Ah數、故障碼和一致性等;

          (10)電磁兼容。由于電動車使用環境惡劣,要求BMS具有好的抗電磁干擾能力,同時要求BMS對外輻射小。


          動力電池的基本概念:

          (1)電池容量

          電池容量是蓄電池的一個重要性能參數,它表示在一定放電率、溫度、終止電壓等的條件下,電池放出的電量。電池容量用C表示,其單位用安時(Ah)、毫安時(mAh)表示。

          (2)充電速率和放電速率

          此概念利用電池額定容量和充電時間(放電時間)的比值來表示,可以比較不同電池的充放電速度。

          (3)電池的過充

          電池的過充即是對電池進行了過度的充電,過充會給電池造成一定的損害。當快接近充電結束的過程時,即電池電量快滿的時候,只能用小電流對電池進行低速率充電。因為只有小電流充電所產生的極化現象較輕,在電池內部積聚的氣體較少,而且給電池散熱的時間充足。

          (4)充電終止電壓/放電終止電壓

          當蓄電池充滿電時,表示電池極板上的活性物質已經達到飽和狀態,所以在這個時候即使繼續對蓄電池充電,蓄電池的電壓再也不會升高,此時蓄電池的電壓稱為充電終止電壓。類似地,放電終止電壓就是放電時候能達到的*低電壓。

          (5)電池的內阻

          蓄電池兩端測得的阻值稱為蓄電池的內阻。

          (6)電池的生命周期及老化

          電池的整個生命周期會經歷以下三個階段:在剛開始使用階段時,容量會增大5%~10%;接下來的階段,容量保持不變;*后一個階段,電池容量開始慢慢減少。這段容量減少的階段就是電池的老化階段。一般來說,當電池容量降到額定容量的80%時,則認為電池壽命結束。

           

           

          總結

          由以上可知,電池組是新能源汽車的重要組成部件。所以,動力電池管理系統(Battery Management System,BMS)對新能源電動汽車電池起到了至關重要的作用,BMS對電池組進行安全監控及有效管理,提高電池的使用效率,增加續駛里程、延長電池使用壽命、降低運行成本。

           

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