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新能源电动汽车电池管理系统的主要功能

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  • 发布时间:2017/11/26 18:14:17
  • 作者:ly_yinhe

  国际电动学会(IEC)在1995年制定的电池管理系统标准中给出的电池管理系统应有的主要功能包括:显示SOC;提供电池温度信息,电池高温报警;显示电解液状态;电池性能异常早期报警;提供电池老化信息;记录电池关键数据等。

  当95年制定标准时,电池的发展还没有达到电动车辆的要求,主要采用的铅酸蓄电池,人们对电动车、尤其是混合电动车的认识还不够。随着电动汽车的发展,对先进电池的需求和对电池管理系统的要求也日益提高。电动汽车的电池管理系统比较复杂,需要针对车用动力电池专门设计,并且对于不同的动力电池,对管理系统的要求也有差异。实用的电池管理系统功能主要包括:数据采集、电池状态估计、能量管理、热管理、安全管理和通信功能,其他扩展功台旨包括充电管理、数据显示、能量管理和故障诊断等。

电动汽车电池管理系统——数据采集

  电池管理系统的所有算法、电动车的能量控制策略、驾驶员的驾驶信息等都以采集的数据作为输入,采样速度、精度和前置滤波特性是影响电池管理系统性能的重要指标。电动汽车管理系统的采样速率一般要求大于200Hz。电池能量管理系统按电池包内安装的传感器提供的信号对电池进行管理。电池箱内通常有温度传感器及电压、电流或内阻的测量装置。

电动汽车电池管理系统——电池状态估计

  电动汽车电池状态主要包括SOC和SOH等。是车辆进行能量或功率匹配和控制的重要依据。电动汽车在行车过程中,该系统能随时对车辆的能耗进行计算,最终给出该电源系统的SOC值,供多能源管理系统或整车控制器进行功率配置或确定控制策略,对于纯电动车来说使驾驶人员知道车辆的续驶里程,以便决定如何行驶,在能量允许的条件下使车辆行驶到具有充电功能的地方,补充电量防止半路抛锚。

电动汽车电池管理系统——能量管理

  在能量管理中,电流、电压、温度、SOC、SOH 参数作为输入用来完成以下功能:控制充电过程,包括均衡充电;用SOC、SOH和温度限制电动汽车电源系统的输入、输出功率与能量;放电过程的监控与管理。

电动汽车电池管理系统——安全管理

  电动汽车电池管理系统的安全管理具体功能包括监测电池的电压、电流、温度等是否超过限制;防止电池过度放电,尤其是防止个别电池单体过度放电,防止电池过热而发生热失控;防止电池出现能量回馈时的过充电;在电源系统出现绝缘度下降时对整车多能源控制系统进行报警或强行切断电源以及电源系统出现短路情况下的保护等。

电动汽车电池管理系统——热管理

  对大功率放电和高温条件下使用的电池组,电池的热管理尤为必要。热管理的功能是使电池单体温度均衡,并保持在合理的范围内,对高温电池实施冷却,在低温条件下对电池进行加热等。由于温度的变化对其他参数都有影响,所以一般都以电池模块的温度来做为控制的指令信号。

电动汽车电池管理系统——通信功能

  电池管理系统与车载设备或非车载设备的通信是其重要功能之一。根据应用需要,数据交换可采用不同的通信接口,如模拟信号、PWM信号、CAN总线或I2C串行接口。某些BMS还有远程通信功能,将电源系统的数据传输到远程终端。CAN总线是一种通信速率高、可靠性高的现场总线,在汽车电控装置中应用广泛,使用CAN总线可减 少线束的重量,提高汽车各电控单元之间通信的可靠性。

电动汽车电池管理系统——历史数据储存

  对电动汽车电池的历史状况、尤其是故障状况数据进行贮存。相当于飞机的“黑匣子”,便于对故障状况进行分析和判断。

电动汽车电池管理系统——保证充电功能

  电池管理系统随时参与整车检测工作,检测电池的工作状态,尤其对每只电池的技术状态进行检测分析,将检测的数据在车辆停驶、充电之前“通知”充电机,即“车与机”的对话。告诉充电机,电池组的工作状态及每只电池的技术状态,“落后”电池和“先进”电池性能差异。系统计算此时充电机应当采用何种充电模式给电池充电,才能达到给电池充足,性能好的电池不能过充,而性能差的电池又能充足,保证整车能量的供应。在放电过程中保证性能差的电池不能过放,这一点应当是电池能量管理系统最重要的功能之一。

电动汽车电池管理系统——DC/DC,DC/AC转换功能

  如果车辆安装辅助电池,电池能量管理系统应能控制动力电池随时给辅助电池模块充电,保证辅助电池模块的供电功能即DC/DC的转换功能,保证低压系统的正常工作。

电动汽车电池管理系统——均衡功能

  如果在电池箱内由于电池性能一致性偏差引起某个电池性能变化很大,影响系统工作时,电池管理系统应指令均衡模块启动,进行均衡,保证系统的正常工作。

十一电动汽车电池管理系统——故障诊断功能

  电池管理系统要求具备故障诊断功能,能够与车辆检测仪器进行通信等,诊断系统的故障,方便车辆的维修。最优先的任务是安全管理,它必须检测到任何关键的失效,并且使用替代功能,或者当发生最坏的情况时,关闭系统。

  在电动车动力系统中,电池监控主要是指被动地检测和评估电池状态,而电池管理则包括处理数据并预测电池将来的表现,甚至主动干预,控制电池的充放电电流和电压,控制充电条件,控制电池工作温度等。而整车的能量管理则主要指在动力系统中为满足驾驶员期望工况而进行的功率和能量的平衡。为了完成这些任务,电池管理系统需要进行系统设计,算法设计,硬件、软件设计,应用与实验验证等。目前应用的BMS基本功能都能够试验并满足车用动力电源系统的要求,但在电池将来行为的预测、电池衰减情况的评估方面距离实际应用还有较大差距,需要加大开发研究力度。