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電池管理系統(BMS)是如何工作的?

2018-08-27

  之所以成為業內佼佼者,一定程度上得益于強大的電池管理系統。只有對復雜而繁多的電池組進行有效的控制與管理,才能突破電動汽車推廣普及的瓶頸。一起來看看電池管理系統如何工作。

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  圖1安全工作區域示意

  1電池管理系統(BMS)定義

  鋰離子電池的安全工作區域如圖1所示。BMS的主要任務是保證電池系統的設計性能:1)安全性;;2)耐久性;3)動力性。

  BMS軟硬件的基本框架如圖2所示,應該具有的功能:1)電池參數檢測。2)電池狀態估計。3)在線故障診斷。4)電池安全控制與報警。5)充電控制。6)電池均衡。7)熱管理。8)網絡通訊。9)信息存儲。10)電磁兼容。

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  圖2車用BMS軟硬件基本框架

  2電池管理系統關鍵技術

  2.1電池管理系統對傳感器信號的要求

  2.1.1單片電壓采集精度

  一般地,為了安全監控,電池組中的每串電池電壓都需要采集。不同的體系對精度的要求不一樣。

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  圖3單體電池OCV曲線及其電壓采集精度要求

  對于LMO/LTO電池,單體電壓采集精度只需達到10mV。對于LiFePO4/C電池,單體電壓采集精度需要達到1mV左右。但目前單體電池的電壓采集精度多數只能達到5mV。

  2.1.2采樣頻率與同步

  電池系統信號有多種,而電池管理系統一般為分布式,信號采集過程中,不同控制子板信號會存在同步問題,會對實時監測算法產生影響。設計BMS時,需要對信號的采樣頻率和同步精度提出相應的要求。

  2.2電池狀態估計

  電池各種狀態估計之間的關系如圖4所示。電池溫度估計是其他狀態估計的基礎。

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  圖4電池管理系統算法框架

  2.2.1電池溫度估計及管理

  溫度對電池性能影響較大,目前一般只能測得電池表面溫度,而電池內部溫度需要使用熱模型進行估計。根據估計結構對電池進行熱管理。

  圖5電池內部溫度估計流程

  2.2.2荷電狀態(SOC)估計

  SOC算法主要分為單一SOC算法和多種單一SOC算法的融合算法。單一SOC算法包括安時積分法、開路電壓法、基于電池模型估計的開路電壓法、其他基于電池性能的SOC估計法等。融合算法包括簡單的修正、加權、卡爾曼濾波以及滑模變結構方法等。

  卡爾曼濾波等基于電池模型的SOC估計方法精確可靠,是目前的主流方法。


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