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一個成熟電池管理系統應具備的十大功能

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一個成熟電池管理系統應具備的十大功能

  • 來源:
  • 發布時間:2017-06-06
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一個成熟電池管理系統應具備的十大功能

【概要描述】

  • 來源:
  • 發布時間:2017-06-06 00:00
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詳情

        综合各国的电动汽车研究情况,可以发现共同存在的一个现象,即电池是整个电动汽车研究中出问题最多的部件。在电池生产的过程中,电池必须要经过化成检测工序,即在电池生产过程中需要对电池进行多次充放电才能完成整个电池的生产。

        所以化成控制系统的性能直接影响着锂电池的技术状态、使用寿命,并决定着放电时对电网的污染程度。为了满足电动汽车的实际运行需求,电池管理系统在功能、可靠性、实用性、安全性等方面都做出了重要努力。

       电池管理系统简介:

电池管理系统(Battery Management System,BMS),电动汽车电池管理系统(BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带,其主要功能包括:电池物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡管理和热管理等。

       电池管理系统的应用:

电池管理系统(Battery Management System,BMS)的主要任务是保证电池系统的设计性能:

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。

       动力电池的基本概念:

(1)電池容量

電池容量是蓄电池的一个重要性能参数,它表示在一定放电率、温度、终止电压等的条件下,电池放出的电量。電池容量用C表示,其单位用安时(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

電池的過充即是对电池进行了过度的充电,过充会给电池造成一定的损害。当快接近充电结束的过程时,即电池电量快满的时候,只能用小电流对电池进行低速率充电。因为只有小电流充电所产生的极化现象较轻,在电池内部积聚的气体较少,而且给电池散热的时间充足。

(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爲充電終止電壓。類似地,放電終止電壓就是放電時候能達到的最低電壓。

(5)電池的內阻

蓄电池两端测得的阻值称为蓄電池的內阻。

(6)電池的生命周期及老化

电池的整个生命周期会经历以下三个阶段:在刚开始使用阶段时,容量会增大5%~10%;接下来的阶段,容量保持不变;最后一个阶段,電池容量开始慢慢减少。这段容量减少的阶段就是电池的老化阶段。一般来说,当電池容量降到额定容量的80%时,则认为电池寿命结束。

图1 车用BMS软硬件基本框架

        电池管理系统的主要组成及功能:

(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)。

爲滿足相關的標准或規範,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(最好每串電池、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,並進行早期預警。

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診斷到故障後,通過網絡通知整車控制器,並要求整車控制器進行有效處理(超過一定阈值時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最小單體的容量。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最小單體的容量;

(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最適合的溫度,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具有好的抗電磁幹擾能力,同時要求BMS對外輻射小。

图2 电池管理系统算法框架

       小结

        综上所述,成熟的电池管理系统应该对电池组进行安全监控及有效管理,提高电池的使用效率,增加续驶里程、延长电池使用寿命、降低运行成本。电池管理系统在电动汽车发展的同时,其技术也取得了长足的进步。

 
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