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动力电池安全,电池管理系统能做啥

发布时间:2019-03-15 09:55:12编辑:来源:贝投体育8059

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动力电池系统弄安装在底盘上

1 动力电池管理系统在整车上的位置

动力电池管理系统(Battery Management System,缩写BMS),电动汽车动力电池包的低压管理系统,在整个电动汽车上的位置如下图所示:

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大家看到,电池管理系统和动力电池组一起组成电池包整体。与电池管理系统有通讯关系的两个部件,整车控制器和充电机。电池管理系统,向上,通过CANbus与电动汽车整车控制器通讯,上报电池包状态参数,接收整车控制器指令,配合整车需要,确定功率输出;向下,监控整个电池包的运行状态,保护电池包不受过放、过热等非正常运行状态的侵害;充电过程中,与充电机交互,管理充电参数,监控充电过程正常完成。

2 BMS组成

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电池管理系统,总的来说,都是由主控模块和采集模块或者叫从控模块共同构成的。单体电压采集、温度采集和均衡功能一般分配在从控模块上;总电压,总电流的采集,内外部通讯,故障记录,故障决策,都是主控模块的功能。

按照采集模块和主控模块在实体上的分配布置不同,BMS分为集中式和分布式两种。

集中式,形式上,整个管理系统安置在一个盒体里。全部电压,温度,电流采集信号线,直接连接到控制器上。采集模块和主控模块的信息交互在电路板上直接实现。这种形式一般用在总体电压比较低,电池串数比较少的小型车上。

可取之处在于,省去了从板,进而省去了主板从板之间的通讯线束和接口,造价低,信号传递可靠性高。

缺点也很明显,全部线束都直接走线到控制盒,无论控制器布置在什么位置,总有一部分线束会跑长线。信号受到干扰的几率增加,线束质量和制作水平以及固定方式也受到考验。

分布式,一个主控盒和几个从控盒共同组成。主控盒只接入通讯线,主控负责采集的信号线,给从板提供的电源线等必须的线束。从控盒,布置在自己负责采集温度、电压的电池模组附件,把采集到的信号通过CAN线报告给主控模块。有的电池模组,直接把电压、温度采集线做在模组内部,用一个线对线连接器引出。电池包组装时,直接对插连接器即可。

分布式,主要应用于高电压系统,电池串数多,或者商用车这种一辆车上布置几个电池箱的情况。

这样的设计,确实带来了成本的小幅提高。但同时减少了线束应用,降低了现场接线工作量,也就降低了接线错误的几率。分布式,是适合于大批量,自动化生产的设计形式。

3 BMS功能

3.1 从控模块功能

从控模块,一般只具备电压、温度采集功能和均衡功能。由于电池系统要求的功能越来越多,也有厂家开始给从板添加控制功能,例如增加接触器触发端口,用以控制分布在从板附近的电器,像加热器、灭火器之类。

均衡功能,作为从板反作用于电池包,起到优化电池系统功能的一项能力需要多说一句。

均衡,分为主动均衡和被动均衡。

所谓主动均衡,是能量的转移,基于削峰填谷的理念。具体的实现形式多种多样,有用变压器将总能量部分的转移到电压偏低的电池上的,也有利用电容电感等储能器件,从电压高的电芯放出一部分能量,再充入电压低的电芯。

所谓被动均衡,是能量的消耗,把电压高的电芯接入电阻回路,让多出来的电量消耗在电阻上。

二者各有优劣之处。

主动均衡,可以做到比较大的电流,均衡的效果比较明显;能量只是转移了一下,没有消失,是一种节能的工作方式。但主动均衡需要的变压器、电容、电感等器件,体积比较大,造价比较高,使得理论上具备优势的主动均衡策略至今还没有得到普遍的应用;

被动均衡,受电阻发热的限制,均衡电流无法做的太大,故而效果不是特别理想。但优势在于,体积小,系统结构简单,造价低。在产品要求不是特别高的场合,客户反而会选择被动均衡系统,以提高产品性价比。同时,通过每隔一段时间,对电芯进行维护,来解决均衡不充分造成的电池压差偏大问题。

3.2 主控模块功能

不同厂家设计的功能略有差距,并且随着技术的发展和市场对电池管理系统要求的提高,一些功能逐渐被增加进来。

监测采集方面的功能:电池包总体参数采集和计算,比如总电流,总电压,最高最低单体电压,最高最低温度点温度,绝缘情况。

电池包状态估计和管理:荷电状态SOC(State Of Charge),健康状态SOH(State of Health),安全状态SOF,功率状态SOP(State Of Power),功能状态SOF(state of function),以及热管理等等。

SOC,当前电池荷电量占当前总体可用容量的百分比,表征当前剩余电量的多少,反应在车辆仪表盘上可能变成了剩余里程数。

SOH,各家定义略有不同,主流是按照当前电池包总容量占新电池初始容量的百分比,表征电池包老化程度的一个重要参数。实际上,国标要求的动力电池退役指标,就是按照容量特征来定义的。

SOP,动力电池的放电能力,随着SOC的降低,以及环境温度的变化,会有所不同。剩余电量太少,温度过高或者过低,电池包都需要降低功率工作,以保护电池不受不可逆的损伤,避免发生热失控事故。

SOF,是个比较新的概念,由SOC和SOH共同确定。

热管理

前面几个功能都是对电池包当前状态的反应,而热管理功能,则使得电池管理系统能够对电池包施加主动作用。电池温度过高时,热管理系统开动冷却功能,电池温度过低无法启动行车时,热管理系统开动加热功能。对于主控模块,热管理只是一套算法和几个接触器控制端口。热管理技术含量,主要集中在冷却加热设备以及与之匹配的冷却出现冷凝水、风冷解决密封等级等等具体问题上。

具备热管理功能,对整个电池系统意义重大,是设计者能够阻止热失控发生的重要手段,是从设计上保障动力电池安全和延长使用寿命的不二法门。

绝缘监测

实时监测电池包系统的绝缘情况,由于对电气系统的影响重大,绝缘故障被定义为级别最高的故障类型。

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