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一文读懂电动汽车锂离子电池管理系统

2017-05-28 00:05
九一隐士
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(6)电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,电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,当电池容量降到额定容量的 80%时,则认为电池寿命结束。

走进电动汽车锂离子电池管理系统

图1 车用BMS软硬件基本框架

电池管理系统的主要组成是:

(1)电池终端模块(主要进行数据采集,如:电压参数、电流参数、温度、通信信号等);

(2)中间控制模块(主要与整车系统进行通讯,控制充电机等);

(3)显示模块(主要进行数据呈现,实现人机交互)。

为满足相关的标准或规范,BMS的这些组成模块要完成的如下工作:

(1)电池参数检测。包括总电压、总电流、单体电池电压检测(防止出现过充、过放甚至反极现象)、温度检测(最好每串电池、关键电缆接头等均有温度传感器)、烟雾探测(监测电解液泄漏)、绝缘检测(监测漏电)、碰撞检测等;

(2)电池状态估计。包括荷电状态(SOC)或放电深度(DOD)、健康状态(SOH)、功能状态(SOF)、能量状态(SOE)、故障及安全状态(SOS)等;

(3)在线故障诊断。包括故障检测、故障类型判断、故障定位、故障信息输出等。故障检测是指通过采集到的传感器信号,采用诊断算法诊断故障类型,并进行早期预警。电池故障是指电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器故障、执行器故障(如接触器、风扇、泵、加热器等),以及网络故障、各种控制器软硬件故障等。电池组本身故障是指过压(过充)、欠压(过放)、过电流、超高温、内短路故障、接头松动、电解液泄漏、绝缘降低等;

(4)电池安全控制与报警。包括热系统控制、高压电安全控制。BMS诊断到故障后,通过网络通知整车控制器,并要求整车控制器进行有效处理(超过一定阈值时BMS也可以切断主回路电源),以防止高温、低温、过充、过放、过流、漏电等对电池和人身的损害;

(5)充电控制。BMS中具有一个充电管理模块,它能够根据电池的特性、温度高低以及充电机的功率等级,控制充电机给电池进行安全充电;

(6)电池均衡。不一致性的存在使得电池组的容量小于组中最小单体的容量。电池均衡是根据单体电池信息,采用主动或被动、耗散或非耗散等均衡方式,尽可能使电池组容量接近于最小单体的容量;

(7)热管理。根据电池组内温度分布信息及充放电需求,决定主动加热/散热的强度,使得电池尽可能工作在最适合的温度,充分发挥电池的性能;

(8)网络通讯。BMS需要与整车控制器等网络节点通信;同时,BMS在车辆上拆卸不方便,需要在不拆壳的情况下进行在线标定、监控、升级维护等,一般的车载网络均采用CAN;

(9)信息存储。用于存储关键数据,如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电Ah数、故障码和一致性等;

(10)电磁兼容。由于电动车使用环境恶劣,要求BMS具有好的抗电磁干扰能力,同时要求BMS对外辐射小。

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图2 电池管理系统算法框架

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