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【技术】动力电池管理系统设计概述

导读: 在寻求对高能量密度、高安全性的电池之外,电池能量管理系统的重要性也日益提高。不同的动力电池具有不同的性质,即使是同一类型的电池性质也存在不一致性,在使用过程中会出现扩大化造成事故的可能发生。

  随着电动汽车越来越多,在寻求对高能量密度、高安全性的电池之外,电池能量管理系统的重要性也日益提高。不同的动力电池具有不同的性质,即使是同一类型的电池性质也存在不一致性,在使用过程中会出现扩大化造成事故的可能发生。因此对动力电池系统进行有效的管理用以确保电动汽车的安全显得十分重要,同时也需要保证电池系统的性能、延长电池寿命、提高电池使用效率。

  电池管理系统构成及原理

  电池管理系统(BMS),即Battery Management System,通过检测电池组中各单体电池的状态来确定整个电池系统的状态,并根据它们的状态对动力电池系统进行对应的控制调整和策略实施,实现对动力电池系统及各单体的充放电管理以保证动力电池系统安全稳定地运行。

【技术】动力电池管理系统设计概述

一种典型的电池管理系统拓扑图

  一种典型电池管理系统拓扑图结构主要分为主控模块和从控模块两大块。具体来说,由中央处理单元(主控模块)、数据采集模块、数据检测模块、显示单元模块、控制部件(熔断装置、继电器)等构成。一般通过采用内部CAN总线技术实现模块之间的数据信息通讯。

  基于各个模块的功能,BMS能实时检测动力电池的电压、电流、温度等参数,实现对动力电池进行热管理、均衡管理、高压及绝缘检测等,并且能够计算动力电池剩余容量、充放电功率以及SOC&SOH状态。

  电池管理系统的基本功能

  电池管理系统的基本功能可以分为检测、管理、保护这三大块。具体来看,包括数据采集、状态监测、均衡控制、热管理、安全保护等功能。

  (一)数据采集

  作为电池管理系统中其他功能的基础与前提,数据采集的精度和速度能够反映电池管理系统的优劣。管理系统的其他功能比如SOC状态分析、均衡管理、热管理功能等都是以采集获取的数据为基础进行分析及处理的。

  数据采集的对象一般为电压、电流、温度。在实际使用过程中,电池在不同温度下的电化学性能不同,导致电池所放出的能量是不同的。锂离子动力电池对电压和温度比较敏感,因此在对电池的SOC进行评估时必须考虑温度的影响。

  (二)状态分析

  对电池状态的分析主要是电池剩余电量及电池老化程度这两个方面,即SOC评估和SOH评估。SOC能够让驾驶员获得直接的信息,了解到剩余的电量对续航里程的影响。现阶段的研究很多都集中在对SOC分析上,不断加强其精确度。SOC的分析会受到SOH的影响,电池的SOH在使用过程中受到温度、电流等持续影响而需要不断进行分析,以确保SOC分析的准确性。

  在对SOC的分析上,主要有电荷计量法、开路电压法、卡尔曼滤波法、人工神经网络算法和模糊逻辑法等。在这简单介绍电荷计量法和开路电压法这两种方法。

  (1)电荷计量法

  电荷计量法是通过对一段时间内电池充入放出的电荷进行统计,即电流在时间上的累积来计算得到SOC。虽然是最常用的一种计量方法,然而会受到很多因素的影响包括数据采用精度、自放电问题等。比如由于电流传感器采用精度的不足,用于积分计算的电流与真实值之间存在误差,使得SOC的结果偏差越来越大。所以在采用电荷计量法时需要用到一些修正算法对各种影响因素进行校正,减少计算分析结果的误差。

  (2)开路电压法

  开路电压法是在电池处于静置状态下对电池的开路电压测量来计算电池的SOC。但需要注意的是采用开路电压法时一般认为SOC与电动势有一定的线性关系,任意一个SOC值都只对应一个电动势值。在采用开路电压法必须要考虑到电压回弹效应,在电压没有回弹到稳定值时计算得到的SOC会偏小。与电荷计量法相比较,开路电压法在电池正常工作时不能使用,这是它最大的问题。

  其实现阶段要对SOC进行十分精确的测量存在很大的困难,比如由于传感器精度和电磁干扰引起采样数据的不准确带来状态分析的偏差。另外,电池的不一致性、历史数据、使用工况的不明确性也对SOC的计算带来很大的影响。

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