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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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电池系统的总体研究

热量管理

在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,对蓄电池的很多特性都会产生影响。因为电池本身的化学材料比较复杂,所以为了计算方便可以将蓄电池结构进行了内部电池(热源)和电池外壳的模型简化,进而进行散热仿真分析。

走进电动汽车锂离子电池管理系统

图3 蓄电池简化结构示意图

电压采集

一般地,为了安全监控,电池组中的每串电池电压都需要采集。电动汽车电池组由上百节的单体电池串联,需要众多电压采样通道。测量单体电压时,存在着累积电势,且各节单体的累积电势各不相同,无法统一补偿或消除。可以采取“先集中后分布”的采集方案,提高可靠性。

电流采集

电流的采样是估计电池剩余容量(SOC)的主要依据,因此必须选用响应速度快,具有优良线性度的高精度传感器作为电流采集单元。

荷电状态(SOC)估计

目前,对SOC的研究已经基本成熟,SOC算法主要分为两大类,一类为单一SOC算法,另一类为多种单一SOC算法的融合算法。单一SOC算法包括安时积分法、开路电压法、基于电池模型估计的开路电压法、其他基于电池性能的SOC估计法等。融合算法包括简单的修正、加权、卡尔曼滤波(或扩展卡尔曼滤波)以及滑模变结构方法等。

电池循环寿命(SOH)估计

SOH(State of Healthy)  为电池的寿命,定义为标准状况下蓄电池可用容量占标准容量的百分比。耐久性是当前业界研究热点,表征电池寿命的主要参数是容量和内阻。一般地,能量型电池的性能衰减用容量衰减表征,功率型电池性能衰减用电阻变化表征。目前SOH估计方法主要分为耐久性经验模型估计法和基于电池模型的参数辨识方法。

电池一致性与均衡管理

电池一致性是指同一规格型号的电池组成电池组后,各单体电池的电压、荷电量、容量及其衰退率、内阻及其随时间变化率、寿命、自放电率及其随时间变化率等参数存在一定的差别。在电池生产与成组过程中,特别是车用动力电池,如果制造环境较差,质量控制不得当,单体电池间会出现较大差异。随着使用时间的变化,车用动力电池的不一致性会变得越来越差,最终影响电池组的使用寿命。

电池不一致性主要是由单体电池容量衰减差异和荷电量差异两者造成。单体电池容量的衰减是不能恢复的。而荷电量差异可以通过均衡方法来补偿。

故障诊断与失效处理

故障诊断功能是 BMS 的重要组成部分,混合动力汽车的故障诊断程序可以诊断和处理 400 多种各类故障。故障诊断可以在电池工作过程中,实时掌握电池的各种状态,甚至在停机状态下也能将电池故障信息定位到蓄电池系统的各个部分(包括电池模块)。BMS 根据故障原因对各种故障诊断分别设置了诊断程序的进入与退出条件,采用分时诊断流程,节约 CPU 的时间资源。

【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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