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發(fā)布時(shí)間:2019-03-15 09:55:12編輯:來(lái)源:本站
1 動(dòng)力電池管理系統(tǒng)在整車上的位置
動(dòng)力電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,縮寫B(tài)MS),電動(dòng)汽車動(dòng)力電池包的低壓管理系統(tǒng),在整個(gè)電動(dòng)汽車上的位置如下圖所示:
我們看到,電池管理系統(tǒng)和動(dòng)力電池組一起組成電池包整體。與電池管理系統(tǒng)有通訊關(guān)系的兩個(gè)部件,整車控制器和充電機(jī)。電池管理系統(tǒng),向上,通過(guò)CANbus與電動(dòng)汽車整車控制器通訊,上報(bào)電池包狀態(tài)參數(shù),接收整車控制器指令,配合整車需要,確定功率輸出;向下,監(jiān)控整個(gè)電池包的運(yùn)行狀態(tài),保護(hù)電池包不受過(guò)放、過(guò)熱等非正常運(yùn)行狀態(tài)的侵害;充電過(guò)程中,與充電機(jī)交互,管理充電參數(shù),監(jiān)控充電過(guò)程正常完成。
2 BMS組成
電池管理系統(tǒng),總的來(lái)說(shuō),都是由主控模塊和采集模塊或者叫從控模塊共同構(gòu)成的。單體電壓采集、溫度采集和均衡功能一般分配在從控模塊上;總電壓,總電流的采集,內(nèi)外部通訊,故障記錄,故障決策,都是主控模塊的功能。
按照采集模塊和主控模塊在實(shí)體上的分配布置不同,BMS分為集中式和分布式兩種。
集中式,形式上,整個(gè)管理系統(tǒng)安置在一個(gè)盒體里。全部電壓,溫度,電流采集信號(hào)線,直接連接到控制器上。采集模塊和主控模塊的信息交互在電路板上直接實(shí)現(xiàn)。這種形式一般用在總體電壓比較低,電池串?dāng)?shù)比較少的小型車上。
可取之處在于,省去了從板,進(jìn)而省去了主板從板之間的通訊線束和接口,造價(jià)低,信號(hào)傳遞可靠性高。
缺點(diǎn)也很明顯,全部線束都直接走線到控制盒,無(wú)論控制器布置在什么位置,總有一部分線束會(huì)跑長(zhǎng)線。信號(hào)受到干擾的幾率增加,線束質(zhì)量和制作水平以及固定方式也受到考驗(yàn)。
分布式,一個(gè)主控盒和幾個(gè)從控盒共同組成。主控盒只接入通訊線,主控負(fù)責(zé)采集的信號(hào)線,給從板提供的電源線等必須的線束。從控盒,布置在自己負(fù)責(zé)采集溫度、電壓的電池模組附件,把采集到的信號(hào)通過(guò)CAN線報(bào)告給主控模塊。有的電池模組,直接把電壓、溫度采集線做在模組內(nèi)部,用一個(gè)線對(duì)線連接器引出。電池包組裝時(shí),直接對(duì)插連接器即可。
分布式,主要應(yīng)用于高電壓系統(tǒng),電池串?dāng)?shù)多,或者商用車這種一輛車上布置幾個(gè)電池箱的情況。
這樣的設(shè)計(jì),確實(shí)帶來(lái)了成本的小幅提高。但同時(shí)減少了線束應(yīng)用,降低了現(xiàn)場(chǎng)接線工作量,也就降低了接線錯(cuò)誤的幾率。分布式,是適合于大批量,自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)計(jì)形式。
3 BMS功能
3.1 從控模塊功能
從控模塊,一般只具備電壓、溫度采集功能和均衡功能。由于電池系統(tǒng)要求的功能越來(lái)越多,也有廠家開(kāi)始給從板添加控制功能,例如增加接觸器觸發(fā)端口,用以控制分布在從板附近的電器,像加熱器、滅火器之類。
均衡功能,作為從板反作用于電池包,起到優(yōu)化電池系統(tǒng)功能的一項(xiàng)能力需要多說(shuō)一句。
均衡,分為主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡。
所謂主動(dòng)均衡,是能量的轉(zhuǎn)移,基于削峰填谷的理念。具體的實(shí)現(xiàn)形式多種多樣,有用變壓器將總能量部分的轉(zhuǎn)移到電壓偏低的電池上的,也有利用電容電感等儲(chǔ)能器件,從電壓高的電芯放出一部分能量,再充入電壓低的電芯。
所謂被動(dòng)均衡,是能量的消耗,把電壓高的電芯接入電阻回路,讓多出來(lái)的電量消耗在電阻上。
二者各有優(yōu)劣之處。
主動(dòng)均衡,可以做到比較大的電流,均衡的效果比較明顯;能量只是轉(zhuǎn)移了一下,沒(méi)有消失,是一種節(jié)能的工作方式。但主動(dòng)均衡需要的變壓器、電容、電感等器件,體積比較大,造價(jià)比較高,使得理論上具備優(yōu)勢(shì)的主動(dòng)均衡策略至今還沒(méi)有得到普遍的應(yīng)用;
被動(dòng)均衡,受電阻發(fā)熱的限制,均衡電流無(wú)法做的太大,故而效果不是特別理想。但優(yōu)勢(shì)在于,體積小,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)低。在產(chǎn)品要求不是特別高的場(chǎng)合,客戶反而會(huì)選擇被動(dòng)均衡系統(tǒng),以提高產(chǎn)品性價(jià)比。同時(shí),通過(guò)每隔一段時(shí)間,對(duì)電芯進(jìn)行維護(hù),來(lái)解決均衡不充分造成的電池壓差偏大問(wèn)題。
3.2 主控模塊功能
不同廠家設(shè)計(jì)的功能略有差距,并且隨著技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)對(duì)電池管理系統(tǒng)要求的提高,一些功能逐漸被增加進(jìn)來(lái)。
監(jiān)測(cè)采集方面的功能:電池包總體參數(shù)采集和計(jì)算,比如總電流,總電壓,最高最低單體電壓,最高最低溫度點(diǎn)溫度,絕緣情況。
電池包狀態(tài)估計(jì)和管理:荷電狀態(tài)SOC(State Of Charge),健康狀態(tài)SOH(State of Health),安全狀態(tài)SOF,功率狀態(tài)SOP(State Of Power),功能狀態(tài)SOF(state of function),以及熱管理等等。
SOC,當(dāng)前電池荷電量占當(dāng)前總體可用容量的百分比,表征當(dāng)前剩余電量的多少,反應(yīng)在車輛儀表盤上可能變成了剩余里程數(shù)。
SOH,各家定義略有不同,主流是按照當(dāng)前電池包總?cè)萘空夹码姵爻跏既萘康陌俜直?,表征電池包老化程度的一個(gè)重要參數(shù)。實(shí)際上,國(guó)標(biāo)要求的動(dòng)力電池退役指標(biāo),就是按照容量特征來(lái)定義的。
SOP,動(dòng)力電池的放電能力,隨著SOC的降低,以及環(huán)境溫度的變化,會(huì)有所不同。剩余電量太少,溫度過(guò)高或者過(guò)低,電池包都需要降低功率工作,以保護(hù)電池不受不可逆的損傷,避免發(fā)生熱失控事故。
SOF,是個(gè)比較新的概念,由SOC和SOH共同確定。
熱管理
前面幾個(gè)功能都是對(duì)電池包當(dāng)前狀態(tài)的反應(yīng),而熱管理功能,則使得電池管理系統(tǒng)能夠?qū)﹄姵匕┘又鲃?dòng)作用。電池溫度過(guò)高時(shí),熱管理系統(tǒng)開(kāi)動(dòng)冷卻功能,電池溫度過(guò)低無(wú)法啟動(dòng)行車時(shí),熱管理系統(tǒng)開(kāi)動(dòng)加熱功能。對(duì)于主控模塊,熱管理只是一套算法和幾個(gè)接觸器控制端口。熱管理技術(shù)含量,主要集中在冷卻加熱設(shè)備以及與之匹配的冷卻出現(xiàn)冷凝水、風(fēng)冷解決密封等級(jí)等等具體問(wèn)題上。
具備熱管理功能,對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)意義重大,是設(shè)計(jì)者能夠阻止熱失控發(fā)生的重要手段,是從設(shè)計(jì)上保障動(dòng)力電池安全和延長(zhǎng)使用壽命的不二法門。
絕緣監(jiān)測(cè)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池包系統(tǒng)的絕緣情況,由于對(duì)電氣系統(tǒng)的影響重大,絕緣故障被定義為級(jí)別最高的故障類型。
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