【技術(shù)】動力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

　　隨著電動汽車越來越多，在尋求對高能量密度、高安全性的電池之外，電池能量管理系統(tǒng)的重要性也日益提高。不同的動力電池具有不同的性質(zhì)，即使是同一類型的電池性質(zhì)也存在不一致性，在使用過程中會出現(xiàn)擴(kuò)大化造成事故的可能發(fā)生。因此對動力電池系統(tǒng)進(jìn)行有效的管理用以確保電動汽車的安全顯得十分重要，同時(shí)也需要保證電池系統(tǒng)的性能、延長電池壽命、提高電池使用效率。

　　電池管理系統(tǒng)構(gòu)成及原理

　　電池管理系統(tǒng)（BMS），即Battery Management System，通過檢測電池組中各單體電池的狀態(tài)來確定整個電池系統(tǒng)的狀態(tài)，并根據(jù)它們的狀態(tài)對動力電池系統(tǒng)進(jìn)行對應(yīng)的控制調(diào)整和策略實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對動力電池系統(tǒng)及各單體的充放電管理以保證動力電池系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

一種典型的電池管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D

　　一種典型電池管理系統(tǒng)拓?fù)鋱D結(jié)構(gòu)主要分為主控模塊和從控模塊兩大塊。具體來說，由中央處理單元（主控模塊）、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)檢測模塊、顯示單元模塊、控制部件（熔斷裝置、繼電器）等構(gòu)成。一般通過采用內(nèi)部CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)模塊之間的數(shù)據(jù)信息通訊。

　　基于各個模塊的功能，BMS能實(shí)時(shí)檢測動力電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對動力電池進(jìn)行熱管理、均衡管理、高壓及絕緣檢測等，并且能夠計(jì)算動力電池剩余容量、充放電功率以及SOC&SOH狀態(tài)。

　　電池管理系統(tǒng)的基本功能

　　電池管理系統(tǒng)的基本功能可以分為檢測、管理、保護(hù)這三大塊。具體來看，包括數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、均衡控制、熱管理、安全保護(hù)等功能。

　?。ㄒ唬?shù)據(jù)采集

　　作為電池管理系統(tǒng)中其他功能的基礎(chǔ)與前提，數(shù)據(jù)采集的精度和速度能夠反映電池管理系統(tǒng)的優(yōu)劣。管理系統(tǒng)的其他功能比如SOC狀態(tài)分析、均衡管理、熱管理功能等都是以采集獲取的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析及處理的。

　　數(shù)據(jù)采集的對象一般為電壓、電流、溫度。在實(shí)際使用過程中，電池在不同溫度下的電化學(xué)性能不同，導(dǎo)致電池所放出的能量是不同的。鋰離子動力電池對電壓和溫度比較敏感，因此在對電池的SOC進(jìn)行評估時(shí)必須考慮溫度的影響。

　　（二）狀態(tài)分析

　　對電池狀態(tài)的分析主要是電池剩余電量及電池老化程度這兩個方面，即SOC評估和SOH評估。SOC能夠讓駕駛員獲得直接的信息，了解到剩余的電量對續(xù)航里程的影響?，F(xiàn)階段的研究很多都集中在對SOC分析上，不斷加強(qiáng)其精確度。SOC的分析會受到SOH的影響，電池的SOH在使用過程中受到溫度、電流等持續(xù)影響而需要不斷進(jìn)行分析，以確保SOC分析的準(zhǔn)確性。

　　在對SOC的分析上，主要有電荷計(jì)量法、開路電壓法、卡爾曼濾波法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和模糊邏輯法等。在這簡單介紹電荷計(jì)量法和開路電壓法這兩種方法。

　?。?）電荷計(jì)量法

　　電荷計(jì)量法是通過對一段時(shí)間內(nèi)電池充入放出的電荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，即電流在時(shí)間上的累積來計(jì)算得到SOC。雖然是最常用的一種計(jì)量方法，然而會受到很多因素的影響包括數(shù)據(jù)采用精度、自放電問題等。比如由于電流傳感器采用精度的不足，用于積分計(jì)算的電流與真實(shí)值之間存在誤差，使得SOC的結(jié)果偏差越來越大。所以在采用電荷計(jì)量法時(shí)需要用到一些修正算法對各種影響因素進(jìn)行校正，減少計(jì)算分析結(jié)果的誤差。

　　（2）開路電壓法

　　開路電壓法是在電池處于靜置狀態(tài)下對電池的開路電壓測量來計(jì)算電池的SOC。但需要注意的是采用開路電壓法時(shí)一般認(rèn)為SOC與電動勢有一定的線性關(guān)系，任意一個SOC值都只對應(yīng)一個電動勢值。在采用開路電壓法必須要考慮到電壓回彈效應(yīng)，在電壓沒有回彈到穩(wěn)定值時(shí)計(jì)算得到的SOC會偏小。與電荷計(jì)量法相比較，開路電壓法在電池正常工作時(shí)不能使用，這是它最大的問題。

　　其實(shí)現(xiàn)階段要對SOC進(jìn)行十分精確的測量存在很大的困難，比如由于傳感器精度和電磁干擾引起采樣數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確帶來狀態(tài)分析的偏差。另外，電池的不一致性、歷史數(shù)據(jù)、使用工況的不明確性也對SOC的計(jì)算帶來很大的影響。

第1頁/共2頁   首頁   下一頁   上一頁   尾頁