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电池管理系统BMS的工作原理

2018-06-06 09:49:47 来源:电子发烧友 点击:323

【大比特导读】电池管理系统概念电池管理系统,BMS(BatteryManagementSystem),是电动汽车动力电池系统的重要组成。它一方面检测收集并初步计算电池实时状态参数,并根据检测值与允许值的比较关系控制供电回路的通断;另一方面,将采集的关键数据上报...

电池管理系统概念

电池管理系统,BMS(BatteryManagementSystem),是电动汽车动力电池系统的重要组成。它一方面检测收集并初步计算电池实时状态参数,并根据检测值与允许值的比较关系控制供电回路的通断;另一方面,将采集的关键数据上报给整车控制器,并接收控制器的指令,与车辆上的其他系统协调工作。电池管理系统,不同电芯类型,对管理系统的要求往往并不一样。

 

电池管理系统BMS的工作原理

 

电池管理系统功能

一般而言电动汽车电池管理系统要实现以下几个功能:

1、准确估测动力电池组的荷电状态:

准确估测动力电池组的荷电状态(StateofCharge,即SOC),即电池剩余电量,保证SOC维持在合理的范围内,防止由于过充电或过放电对电池的损伤,从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。

2、动态监测动力电池组的工作状态:

在电池充放电过程中,实时采集电动汽车蓄(应该为动力电池组)电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压,防止电池发生过充电或过放电现象。

同时能够及时给出电池状况,挑选出有问题的电池,保持整组电池运行的可靠性和高效性,使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外,还要建立每块电池的使用历史档案,为进一步优化和开发新型电、充电器、电动机等提供资料,为离线分析系统故障提供依据。

3、单体电池间、电池组间的均衡:

即在单体电池、电池组间进行均衡,使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。电池均衡一般分为主动均衡、被动均衡。目前已投入市场的BMS,大多采用的是被动均衡。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。

 

电池管理系统BMS的工作原理

 

电池管理系统原理

电池管理系统(BMS),即BatteryManagementSystem,通过检测动力电池组中各单体电池的状态来确定整个电池系统的状态,并根据它们的状态对动力电池系统进行对应的控制调整和策略实施,实现对动力电池系统及各单体的充放电管理以保证动力电池系统安全稳定地运行。

典型电池管理系统拓扑图结构主要分为主控模块和从控模块两大块。具体来说,由中央处理单元(主控模块)、数据采集模块、数据检测模块、显示单元模块、控制部件(熔断装置、继电器)等构成。一般通过采用内部CAN总线技术实现模块之间的数据信息通讯。

基于各个模块的功能,BMS能实时检测动力电池的电压、电流、温度等参数,实现对动力电池进行热管理、均衡管理、高压及绝缘检测等,并且能够计算动力电池剩余容量、充放电功率以及SOC&SOH状态。

 

电池管理系统BMS的工作原理

 

电池管理系统的主要组成

(1)电池终端模块(主要进行数据采集,如:电压参数、电流参数、温度、通信信号等);

(2)中间控制模块(主要与整车系统进行通讯,控制充电机等);

(3)显示模块(主要进行数据呈现,实现人机交互)。

为满足相关的标准或规范,BMS的这些组成模块要完成的如下工作:

(1)电池参数检测。包括总电压、总电流、单体电池电压检测(防止出现过充、过放甚至反极现象)、温度检测(最好每串电池、关键电缆接头等均有温度传感器)、烟雾探测(监测电解液泄漏)、绝缘检测(监测漏电)、碰撞检测等;

(2)电池状态估计。包括荷电状态(SOC)或放电深度(DOD)、健康状态(SOH)、功能状态(SOF)、能量状态(SOE)、故障及安全状态(SOS)等;

(3)在线故障诊断。包括故障检测、故障类型判断、故障定位、故障信息输出等。故障检测是指通过采集到的传感器信号,采用诊断算法诊断故障类型,并进行早期预警。

电池故障是指电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器故障、执行器故障(如接触器、风扇、泵、加热器等),以及网络故障、各种控制器软硬件故障等。电池组本身故障是指过压(过充)、欠压(过放)、过电流、超高温、内短路故障、接头松动、电解液泄漏、绝缘降低等;

(4)电池安全控制与报警。包括热系统控制、高压电安全控制。BMS诊断到故障后,通过网络通知整车控制器,并要求整车控制器进行有效处理(超过一定阈值时BMS也可以切断主回路电源),以防止高温、低温、过充、过放、过流、漏电等对电池和人身的损害;

(5)充电控制。BMS中具有一个充电管理模块,它能够根据电池的特性、温度高低以及充电机的功率等级,控制充电机给电池进行安全充电;

(6)电池均衡。不一致性的存在使得电池组的容量小于组中最小单体的容量。电池均衡是根据单体电池信息,采用主动或被动、耗散或非耗散等均衡方式,尽可能使电池组容量接近于最小单体的容量;

(7)热管理。根据电池组内温度分布信息及充放电需求,决定主动加热/散热的强度,使得电池尽可能工作在最适合的温度,充分发挥电池的性能;

(8)网络通讯。BMS需要与整车控制器等网络节点通信;同时,BMS在车辆上拆卸不方便,需要在不拆壳的情况下进行在线标定、监控、升级维护等,一般的车载网络均采用CAN;

(9)信息存储。用于存储关键数据,如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电Ah数、故障码和一致性等;

(10)电磁兼容。由于使用环境恶劣,要求BMS具有好的抗电磁干扰能力,同时要求BMS对外辐射小。

 

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