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全面解析电动汽车动力电池管理系统(基础篇)

2015-08-17 10:09:10 零排放汽车网-专注新能源汽车,混合动力汽车,电动汽车,节能汽车等新闻资讯 网友评论 0

电池管理系统有着最基本功能就是测量电池单体的电压,电流和温度,这是所有电池管理系统顶层计算、控制逻辑的基础 。

2)绝缘电阻检测

电池管理系统内,一般需要对整个电池系统和高压系统进行绝缘检测,比较简单的是依靠电桥来测量总线正极和负极对地线的绝缘电阻。现在在电池包里面用的比较多的是主动信号注入,主要是可以检测电池单体对系统的绝缘电阻。

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图7 被动绝缘检测

3)高压互锁检测(HVIL)

高压互锁的目的是,用来确认整个高压系统的完整性的,当高压系统回路断开或者完整性受到破坏的时候,就需要启动安全措施了。

a) HVIL的存在,可以使得在高压总线上电之前,就知道整个系统的完整性,也就是说在电池系统主、负继电器闭合给电之前就防患于未然

b) HVIL的存在,是需要整个系统构成的,主要通过连接器的低压连接回路上完成的,电池管理单元一般需要提供电路的检测回路。

HVIL源有三种不同的方式,5V、12V和PWM波。

这里的电路很大的一块是有ASIC完成的,下图8表征了不同ASIC电路。

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图8 ASIC电路的发展

第二部分 状态估计功能

1)SOC和SOH估计

电池系统中最核心也是最难的一部分就是SOC和SOH的估计。SOC估算常见的有安时积分法(SOCI),和开路电压标定法(SOCV),安时积分最大的问题是随着时间的推移误差会越来越大,开路电压标定的问题是,电池需要在静置很长时间以后的开路电压对应的SOC才是准确的,汽车在行驶的时候采集的电压用来标定SOC那是不准确的。实际的使用中,一般以SOCV为主用SOCI,在实际使用中也在用一定的卡尔曼滤波法,神经网络法来提高SOC的计算,但是限于MCU的运算速度和能力,整个算法的复杂度是有限制的。

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图9 SOC和SOH估算

2)均衡

一个串联的电池包,由于电池和电池管理的原因,总是会出现不均衡的现象。在实际使用过程中,每个串联的输出容量是不一样的。而电池,不仅有过放电和过充电的限制,而且在不同温度和不同SOC下,输入和输出的功率也存在限制。也就是说,单个电池的限制,就会影响到整个电池。这里不等于单个超限,就等于整个不安全,而是那个单体电池会受到损害,进行出现持久性的问题。

1.电池包内各个单体电池之间的个体差异:单体容量差异、单体内阻差异、单体自放电差异、工作时候电流差异和休眠时候电流差异

2.电池包内随着时间变化:单体容量差异、单体内阻差异、单体自放电差异

3.客户使用 充电时间、放电时间

4.外部环境 同温度下的自放电、不同SOC下的自放电

5.系统相互影响:BMS的工作状况,这个因素和BMS的工作状态有关系。

当然接下来我们需要选择均衡的方法,主要包括硬件拓扑和均衡算法两部分,在汽车行业应用中,我们还有可靠性、成本和安全等几方面的限制。

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图10 均衡的方式

3)电池功率限制

新能源汽车中的电池容量是不同的,锂电池系统为整车特别是电机提供能量,需要满足电机的功率要求。而一定容量的电池电池在不同的SOC,不同的温度下,其输入和输出的功率是有一定限制的。实际的运行中,混合动力电池包SOC窗口开的很小,纯电动汽车用的非常宽,用完就结束使用,而插电式混合动力在电池耗尽的时候,则需要考虑输出功率的限制。电池管理系统需要发送给整车控制器一个功率限制参数,这是根据一个三维表核算出来,包含温度、SOC、电池容量,如图11所示。

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图11 SOC控制表

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作者:朱玉龙 来源:第一电动网

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