电动汽车锂离子电池管理系统
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《纯电动汽车电池及管理系统拆装与检测》课程标准一、课程性质与任务(一)课程性质《纯电动汽车动力电池系统故障诊断与维修》是汽车教育推出的全国职业院校信息化教学改革汽车类专业教材中三门新能源课程的第二个学习领域。
是针对新能源汽车机电诊断与维修技师岗位能力进行培养的一门基础课程,通过本领域学习,能够使学生掌握纯电动汽车充电系统和动力电池系统的结构、工作原理,以及常见故障排故思路,并为后续《纯电动汽车驱动电机系统故障诊断与维修》的学习打下坚实基础。
(二)课程任务中等职业学校纯电动汽车动力电池系统故障诊断与维修课程的任务是全面贯彻党的教育方针,落实立德树人根本任务,满足国家电子产业发展对人才培养的要求,引导学生通过学习纯电动汽车动力电池系统故障诊断与维修基础知识及技能学习与实践,强化学生对常见纯电动汽车动力电池系统故障的分析能力,使学生具备纯电动汽车动力电池系统故障诊断与维修的能力,培养学生运用诊断与维修技术解决生活中相关实际纯电动汽车动力电池系统故障的能力,强化学生安全生产意识,养成良好的工作规范和职业道德,为学生职业生涯的发展奠定基础,为就业和未来发展奠定基础,成为德智体美全面发展的高素质劳动者和技术技能人才。
建议课时:108课时二、学科核心素养与课程目标(一)学科核心素养学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习与运用而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力,中等职业学校信息技术课程学科核心素养主要包括职业规范、安全生产、纯电动汽车动力电池系统故障诊断与维修学习与创新、团队合作等四个方面。
(二)课程目标通过学习,使学生获得纯电动汽车动力电池系统故障诊断与维修方面的基础知识、基本原理和基本技能,培养学生分析问题和解决问题的能力,为以后深入学习纯电动汽车维修在专业中的应用打好基础。
学习科学探究方法,发展自主学习能力,养成良好的思维习惯和职业规范,能运用相关的专业知识、专业方法和专业技能解决工程中的实际问题;理解科学技术与社会的相互作用,形成科学的价值观;培养学生的团队合作精神,激发学生的创新潜能,结合虚拟仿真系统提高学生的实践能力。
锂离子电池热管理技术摘要:能源紧缺和环境污染促进了能量存储技术的不断革新。
为了实现车辆减排和控制污染的目标,许多国家的车企都在努力从传统的燃油汽车向绿色、环保的新能源汽车转变。
在我国“双碳”目标、高油价的大背景下,电动汽车正逐渐成为人们出行的首选交通工具。
三电(电池、电机、电控)是电动汽车的核心,电池又是电动汽车的动力来源,其使用性能的好坏,深刻影响车辆的续驶里程。
车辆在行驶和充放电过程中电池内部将产生反应热和焦耳热,引起电池温度升高,电池单体和模块之间形成温差,如果不能及时有效散热,均衡电池温度,不但会造成电池容量减退,降低动力电池的性能,缩短使用寿命,而且还会导致电池包内不稳定,引起热失控。
此外,极端快速充电和寒冷的气候等恶劣的运行条件会加速电池的老化,老化的电池内部电阻变大,产生过多的焦耳热,造成温度失控。
温度对电池综合性能影响很大,为了安全、高效地利用电池能量,将电池组的温度保持在最佳范围内,以保证电池组的热均匀性,并平衡充放电状态,开发一套性能优良、可靠的电池热管理技术势在必行。
关键词:锂离子电池;热管理技术;策略1风冷技术电动汽车最初普遍采用结构简单的风冷系统。
利用鼓风机的抽吸作用,把外部空气吸入动力电池总成,空气流过电池模组周边,最后动力电池产生的热量随空气从出风口排出,达到对电池散热的效果。
风冷因通风方式不同可被划分为自然对流和强制对流两种散热方式。
自然对流是利用外部冷空气流经每个电池单元表面,进行热交换实现冷却的目的。
强制对流冷却是在此基础上加上机械装置,需要消耗电池的部分能量加以驱动。
强制对流比自然对流更可靠,维护更简便,因此强制对流在不同车型上比较常见。
然而,电池间温度的不均匀性是强制对流亟待解决的一个大问题。
根据通风模式的不同,风冷有串行和并行两种通风模式。
串行通风时,空气进入通风管路依次流过每个电池单体表面,在空气流动过程中,空气温度逐渐升高,和电池之间的温差持续缩小;由于电池模组两侧的温度和流速不同,气流先流过的一侧电池温度低、空气流速大;气流到达另一侧时传热效率降低,这时电池表面温度变化不大,导致两侧电池组之间温度不均匀。
科列技术:专注锂电池管理系统“主动均衡”在“与奋斗者共同成长”的号召下,科列技术成为电动汽车电池管理系统(BMS)新三板第一股,持续不断的研发投入,领先的核心技术,为科列的快速发展奠定了雄厚而坚实的基础。
目前公司已经掌握全球领先的动力电池管理系统四大核心技术:主动均衡、无线传输、功能安全和容量管理。
电动汽车电池管理系统( BMS )第一股公司简介科列技术,电动汽车电池管理系统(BMS)第一股。
公司成立于2010年3月,2015年7月新三板挂牌上市。
公司主营业务为电动汽车锂电池管理系统(BMS)的研发和销售。
BMS要应用于二次锂离子电池,特别是动力锂离子电池。
BMS能够实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息,并通过主动或被动调控提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命。
管理层与股本结构公司首发上市时,董事长张泱渊持有26.10%的股份,为第一大股东。
第二、第三大股东均为投资公司:深圳聚韵风科技投资,深圳市鸣禹一科技投资。
分别持有22.93%、19.11%的股份。
董事长曾经在深圳市华为电气技术有限公司以及艾默生网络能源有限公司担任高级工程师和项目经理,有较深的技术背景。
管理层与核心技术人员也大多来自华为与艾默生,有独特的企业文化。
业绩快速增长公司2014年营收2511万元,同比增长501.9%,净利润792万元,由2013年-287万元扭亏为盈。
2015年中报显示,公司实现营业收入3865万元,同比增加3735万元,同比增长2862.19%;净利润1250万元,同比增加1398万元,较上年同比增长947.36%。
根据公司业绩预增公告,公司2015年净利润将增长500-600%,即净利润将达到3960-4752万元,实现跨越式增长。
从公司2015中报来看,用于客车和乘用车的产品收入都大幅增加,乘用车增幅大于客车。
明公司可能从新客户深圳比克接到大额电动汽车订单。
公司在2014年乘用车产品营收首次大于客车产品,说明公司客户已经从以电动客车企业为主到以普通电动汽车企业为主。
《电动汽车用锂离子动力电池包和系统电性能试验方法》征求意见稿编制说明一、工作简况1、任务来源动力蓄电池是新能源汽车的核心零部件,为新能源汽车的行驶提供电能。
容量、能量、内阻、能量效率等电性能是动力蓄电池的关键性能指标。
GB/T 31467.1—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分:高功率应用测试规程》和GB/T 31467.2—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分:高能量应用测试规程》两项标准分别提供了高功率型和高能量型电动汽车用锂离子动力电池包和系统电性能的测试规程。
以上两项标准发布以来,有效统一、规范了动力电池电性能测试方法。
然而,近年来我国新能源汽车和动力电池产业快速发展,而GB/T 31467.1和GB/T 31467.2两项标准已发布6年,部分内容已不能适应产业发展需要,并且两项标准制定时参考的ISO 12405-1和ISO 12405-2均已被ISO 12405-4:2018替代。
因此,应当充分参考对应国际标准ISO 12405-4:2018,面向当前我国新能源汽车和动力电池的使用场景需求,结合我国动力电池电性能测试经验,对GB/T 31467.1和GB/T 31467.2两项标准开展修订工作。
本项目计划将GB/T 31467.1—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分:高功率应用测试规程》和GB/T 31467.2—2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分:高能量应用测试规程》合并修订为GB/T 31467《电动汽车用锂离子动力电池包和系统电性能测试规程》。
标准制定计划已于2021年8月划由国家标准化管理委员会下达正式下达,计划编号:20213561-T-339。
2、主要工作过程本标准由全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会归口,并由电动车辆分标委动力蓄电池标准工作组负责组织开展修订工作。
修订工作于2020年4月正式启动,标准起草组由电动汽车整车、动力电池生产企业、检测机构等单位组成。
纯电动汽车的工作原理
纯电动汽车的工作原理可以分为以下几个方面:
1. 电池系统:纯电动汽车使用电池作为能量存储装置,通常采用锂离子电池或磷酸铁锂电池。
电池组由多个电池单体串联而成,通过控制电流和电压来提供动力给电动机。
2. 电动机:纯电动汽车使用电动机来转化电能为机械动力。
电动机根据车辆的需求提供动力,并驱动车轮转动。
常见的电动机类型包括永磁同步电机和感应电动机。
3. 控制系统:纯电动汽车的控制系统包括电池管理系统、动力电子系统和车辆控制系统。
电池管理系统用于监测和管理电池的电量、温度和循环寿命。
动力电子系统则控制电动机的运行,调节电流和电压以实现不同的速度和扭矩输出。
车辆控制系统集成了车辆的各个功能,包括加速、刹车和转向等。
4. 充电系统:纯电动汽车通过外部电源进行充电。
充电系统包括充电桩和车辆充电接口。
充电桩将交流电转化为直流电,通过车辆充电接口将电能输送到电池组中。
5. 能量回收系统:纯电动汽车还具备能量回收系统,通过制动能量回收来增加电池的充电量。
当驾驶员释放油门或踩下刹车时,制动能量回收系统将动能转化为电能并储存在电池中。
综上所述,纯电动汽车的工作原理是将电池储存的电能通过电
动机转化为机械能,通过控制系统实现车辆的驱动和控制。
充电系统和能量回收系统则保证了电池的充电和能量的高效利用。
NEW ENERGY AUTOMOBILE | 新能源汽车1 电池SOC估计技术SOC表示的是锂离子动力电池所剩余电量占总电量的百分比,类似于燃油车的油表。
SOC是指在特定放电倍率下,电池剩余电量与额定电量之比[7]。
计算公式如下:SOC=Q C×Q i100 (1)其中:Q C表示电池剩余电量;Q i表示电池额定电量。
图1展示了电池管理系统的整体架构。
而SOC估计则在电池管理系统中占据核心地位。
因此,对电池组SOC的精确计算对于整车的安全性能和车辆性能具有至关重要的作用。
1.1 SOC的测量方法1.1.1 基于模型法基于模型法是一种将电池模型与其他技术相结合的模式,其中基于滤波器和观测器的方法是当前研究和应用最广泛的[9]。
滤波器算法的发展主要包括卡尔曼滤波器、粒子滤波器等[10]。
通过使用这些算法对电池模型进行状态估计,我们可以在线估计电池的SOC。
1) 扩展卡尔曼滤波器扩展卡尔曼滤波器(Extended KalmanFilter,EKF)是一种非线性滤波算法,它是卡尔曼滤波器的扩展。
卡尔曼滤波器是一种线性滤波算法,适用于线性系统的状态估计。
然而,在许多实际应用中,系统往往是非线性的[10]。
在这种情况下,扩展卡尔曼滤波器可以提供一种有效的非线性系统状态估计方法。
2) Sigma 点卡尔曼滤波器Sigma点卡尔曼滤波器(Sigma-PointKalman Filter,SPKF)是一类用于非线性系统状态估计的滤波器算法。
它通过使用Sigma点来近似非线性系统的状态和观测锂离子动力电池SOC估算技术进展综述王恒德 许永红 张红光 杨富斌北京工业大学 北京市 100124摘 要:本文回顾了电池管理系统(Battery Management System,BMS)在电动汽车和可再生能源领域的关键发展阶段,本文重点讨论了电池剩余能量监测技术,即荷电状态(State of Charge, SOC)估计方法。
基于相变材料的锂离子电池热管理系统研究共3篇基于相变材料的锂离子电池热管理系统研究1锂离子电池是目前应用最广的可充电电池之一,本身具有高能量密度、长周期寿命、绿色环保等优点,因此被广泛应用在手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。
然而,锂离子电池在使用过程中会产生热量,一旦过热将直接导致电化学反应速率快速增加,进而引起电池失效或火灾等严重后果。
如何对锂离子电池的热管理进行合理优化,成为当前研究的热点问题之一。
相变材料是一种新型的热管理材料,具有显著的热稳定性和储热性能,适用于锂离子电池热管理。
相变材料能够在磁或热作用下发生相变,从而在物理上处于一个不稳定的状态,由于外部环境情况发生变化,相变材料产生的温度变化将能够对系统进行热稳定化和温度均衡调节,从而达到锂离子电池热管理的目的。
相变材料的热管理应用在锂离子电池研究中被广泛关注。
研究表明,利用相变材料作为热管理材料,能够对锂离子电池的热稳定性能进行有效提升,在实验室条件下,通过采用相变材料进行电池热管理,电池的温度变化范围被有效限制。
同时,通过控制相变材料的种类、组织形态等参数,进一步实现了热量的实时调节。
相比于传统的热管理材料,相变材料具有更为优越的性能,可以大幅度改善锂离子电池的安全性和性能稳定性。
然而,目前还存在一些需要解决的问题。
相变材料的热设计和热能储存效率仍有待进一步提高。
同时,相变材料的选择应该根据不同类型锂离子电池的特点进行定制化设计,以此达到最佳的热管理效果。
综上所述,基于相变材料的锂离子电池热管理系统具有很大的应用前景,能够提高锂离子电池的热稳定性和安全性。
随着人工智能、新能源、新兴材料等技术的不断发展,锂离子电池的应用领域将进一步扩大,相变材料在锂离子电池领域的应用将更加广阔和深入基于相变材料的锂离子电池热管理系统是提高锂离子电池热稳定性和安全性的有效途径。
尽管仍存在问题,例如热设计和储能效率需要提高,选择应根据不同类型电池特点进行定制化设计等,但是相变材料在锂离子电池领域的应用潜力巨大。
电动汽车工作原理电动汽车是一种以电能作为动力源的汽车,与传统燃油汽车相比,它具有环保、高效和低噪音等优势。
电动汽车的工作原理是通过电池储存电能,然后将电能转化为机械能驱动车辆运行。
1. 电池系统电动汽车的主要能源是电池,常见的电池类型包括锂离子电池、镍氢电池和超级电容器。
电池系统由多个电池单元组成,这些单元通过串联或者并联的方式连接在一起,形成电池组。
电池组的总电压决定了电动汽车的驱动能力和续航里程。
2. 机电系统电动汽车的机电系统负责将电能转化为机械能,驱动车辆运行。
电动汽车通常采用交流机电或者直流机电。
交流机电具有高效率和较大的功率输出,而直流机电则具有较高的启动扭矩和调速性能。
机电系统包括机电、控制器和传动装置。
3. 控制系统电动汽车的控制系统主要包括电池管理系统和机电控制系统。
电池管理系统负责监测和管理电池的电量、温度和健康状态,以确保电池的安全和寿命。
机电控制系统通过控制机电的转速和扭矩,实现车辆的加速、减速和行驶控制。
4. 充电系统电动汽车的充电系统用于将外部电源的电能传输到电池中进行充电。
充电系统包括充电桩、充电线和充电接口。
充电桩连接到电网,提供不同功率和充电模式的充电服务。
充电线将充电桩与电动汽车的充电接口连接起来,传输电能。
5. 制动系统电动汽车的制动系统与传统燃油汽车类似,包括刹车盘、刹车片和刹车油等组件。
电动汽车的制动系统还包括再生制动系统,通过机电的反向工作将动能转化为电能进行回收,提高能源利用效率。
6. 电子系统电动汽车的电子系统包括车载电脑、仪表盘、导航系统和娱乐系统等。
车载电脑负责监测和控制车辆的各个系统,提供车辆状态和故障诊断信息。
仪表盘显示车辆的速度、电量和里程等信息。
导航系统和娱乐系统提供导航和娱乐功能。
电动汽车工作原理的基本流程如下:1. 电池储存电能;2. 控制系统监测和管理电池的状态;3. 控制系统控制机电的转速和扭矩;4. 机电将电能转化为机械能,驱动车辆运行;5. 制动系统实现车辆的减速和停车;6. 充电系统将外部电源的电能传输到电池中进行充电;7. 电子系统提供车辆状态和控制功能。
锂离子电池热管理系统综述摘要:锂离子电池的理想工作温度为25~40℃,电池模组内的最大温差应低于5℃。
温度过高会加快固体电解质相界面(SEI)膜的分解,造成热失控隐患;而低温会增加电解液的黏度,影响电池充放电性能,还会加快锂沉积反应速率,形成镀锂层或锂枝晶。
关键词:锂离子电池;热管理系统;策略1电特性和热失控1.1电特性锂离子动力电池电特性和电池工作的温度、SOH与充/放电倍率等存在一定联系,特别是其可用容量、等效内阻与工作电压平台。
以下将基于放电分析电池电特性。
其一,电池充/放电倍率因素。
在电池放电倍率不断增加的状态下,因存在内阻,受内阻分压影响会降低电池外电路端电压,在放电结束以后,端电压能够提前满足截止电压,进而减少其实际可用容量。
另外,高倍率放电会增加内阻对电能的消耗,最终会减少店址可输出能量。
其二,电池温度因素。
在电池工作温度降低的同时,其放电端电压也会下降,而其可用容量也会随之减小。
究其原因,在工作环境温度的影响下,电池电化学反应速率会受到影响,致使电化学反应阻力显著增加。
如果其工作的温度未达到273K,电池可用容量会在短时间内衰减,而内阻增加速度会加快。
1.2热失控对于电池使用者而言,其热安全性的作用不容小觑。
在过高温度条件下,锂离子电池的体积会膨胀,而受单体电池温度分布不均匀的影响,其热应力也会表现出不均匀,致使电池出现变形,进而对其使用寿命与热安全性产生不利影响。
与此同时,电池短路亦或是温度过高也会引起热失控,在电池温度升高的过程中,放热反应也会被连续触发,集中表现在SEI膜分解、正极和电解液反应、电解液分解以及负极和电解液反应等方面。
在此基础上,如果电池起火爆炸,会在短时间内释放大量能量,由电极反应形成的氧气也会使热失控状态加剧,在形成有毒气体的情况下会使使用者安全受到威胁。
通常,引起电池热失控的因素包括以下三个方面:(1)产热故障。
电池的内部出现短路而出现产热失控。
(2)热阻故障。
新能源汽车行业电池管理与充电方案第一章:新能源汽车电池管理概述 (3)1.1 电池管理定义及重要性 (3)1.1.1 电池管理定义 (3)1.1.2 电池管理的重要性 (3)1.1.3 电池类型及特点 (3)1.1.4 电池技术发展趋势 (4)第二章:电池管理系统组成及原理 (4)1.1.5 概述 (4)1.1.6 电池模块 (5)1.1.7 数据采集模块 (5)1.1.8 电池保护模块 (5)1.1.9 通信模块 (5)1.1.10 主控模块 (5)1.1.11 概述 (5)1.1.12 系统架构设计 (5)1.1.13 算法实现 (6)1.1.14 数据处理与通信 (6)1.1.15 电池状态监测 (6)1.1.16 电池状态评估 (6)第三章:电池管理策略与应用 (7)1.1.17 引言 (7)1.1.18 电池充放电控制策略基本原理 (7)1.1.19 电池充放电控制策略关键技术 (7)1.1.20 电池充放电控制策略应用 (7)1.1.21 引言 (8)1.1.22 电池温控管理策略基本原理 (8)1.1.23 电池温控管理策略关键技术 (8)1.1.24 电池温控管理策略应用 (8)1.1.25 引言 (9)1.1.26 电池寿命管理策略基本原理 (9)1.1.27 电池寿命管理策略关键技术 (9)1.1.28 电池寿命管理策略应用 (9)第四章:电池安全性与故障诊断 (9)1.1.29 电池材料安全性 (10)1.1.30 电池设计安全性 (10)1.1.31 电池制造工艺安全性 (10)1.1.32 电池使用环境安全性 (10)1.1.33 电压检测法 (10)1.1.34 电流检测法 (10)1.1.35 温度检测法 (10)1.1.36 电导率检测法 (10)1.1.37 故障预警 (11)1.1.38 故障处理 (11)第五章:新能源汽车充电技术概述 (11)1.1.39 交流充电技术 (12)1.1.40 直流充电技术 (12)1.1.41 无线充电技术 (12)1.1.42 快充技术 (12)1.1.43 充电设施 (12)第六章:充电设施与布局 (12)1.1.44 充电设施类型 (12)1.1.45 充电设施结构 (13)1.1.46 充电站布局原则 (13)1.1.47 充电站规划方法 (13)1.1.48 充电网络建设 (13)1.1.49 充电网络管理 (14)第七章:充电控制策略与优化 (14)1.1.50 充电控制策略的定义及意义 (14)1.1.51 充电控制策略的分类 (14)1.1.52 充电控制策略的关键技术 (14)1.1.53 充电过程优化目标 (15)1.1.54 充电过程优化方法 (15)1.1.55 充电网络调度目标 (15)1.1.56 充电网络调度方法 (15)1.1.57 充电网络优化策略 (15)第八章:充电安全与环境保护 (16)1.1.58 电气安全风险 (16)1.1.59 机械安全风险 (16)1.1.60 环境安全风险 (16)1.1.61 电气安全防护措施 (16)1.1.62 机械安全防护措施 (17)1.1.63 环境安全防护措施 (17)1.1.64 充电对环境的影响 (17)1.1.65 应对措施 (17)第九章:新能源汽车电池与充电技术发展趋势 (17)1.1.66 电池能量密度提升 (17)1.1.67 电池安全性增强 (17)1.1.68 电池寿命延长 (18)1.1.69 固态电池技术 (18)1.1.70 充电设施普及 (18)1.1.71 充电速度提升 (18)1.1.72 充电安全性增强 (18)1.1.73 充电网络优化 (18)1.1.74 发展前景 (19)1.1.75 挑战 (19)第十章:政策法规与市场分析 (19)1.1.76 政策背景及目标 (19)1.1.77 政策法规主要内容 (19)1.1.78 政策背景及目标 (20)1.1.79 政策法规主要内容 (20)1.1.80 市场规模 (20)1.1.81 竞争格局 (20)第一章:新能源汽车电池管理概述1.1 电池管理定义及重要性1.1.1 电池管理定义电池管理,顾名思义,是指对电池进行有效管理和控制的技术。
锂离子电池组管理系统BMS主要功能及关键技术(2019锂离子电池安全国际讨论会(华东)报告稿)锂离子电池优点是能量密度大,使用寿命长,缺点是“娇气”一旦使用不当,轻者会大幅影响寿命和续行距离等使用效率,重者或不当使用积累的结果会燃烧爆炸。
为扬长避短,故使用时必须配能确保安全、高效的使用要求的管理系统BMS。
所以,BMS诸功能中,其与使用安全高效直接相关的主要管理功能,应必不可少。
了解才能管理,而这些主要管理功能所需的测知锂离子电池动态特征参数的技术,国内外目前尚未解决。
故目前的BMS基本没有这些主要管理功能。
这一点可从2018年国标“电动汽车用电池管理系统技术条件”征求意见稿的内容可得到左证。
稿中除“估算SOC”外还有什么?某专家说目前锂离子电池燃烧是“被燃烧”。
我同意这种观点。
我认为造成燃烧的责任主要不在电池,因为知道锂离子电池有可能燃烧这些弱点,才配BMS的。
防止这种事故发生本是BMS首要责任,所以燃烧的起因是BMS该管的事没有管,或没有能力管好而造成的。
下面介绍BMS中几个与安全高效使用直接相关的功能及技术。
1、热管理功能:热管理是BMS安全高效使用的主要管理功能之一,大家也都在做。
但因电芯内无法测温度,所以目前的热管理皆是电芯外的热管理。
因动力锂离子电池热容量较大,故内外热平衡迟后时间较长,则可能在较长时间内,电芯内外温差较大。
所以单做外热管理可能有安全隐患,应以内管理为主。
内管理是测电芯对温度敏感的特征参数为判断依据进行管理,可准确、省时、省电。
在北方使用,若引进内加热技术,可能更省时省电。
2、电芯健康和系统故障检查功能:使用系统的故障检查包括BMS自检皆有成熟技术可用,而电芯健康检查必须有测知电芯特征参数和深入了解这些参数变化因果关系的技术,否则无法对电芯的健康状况进行检查,目前虽也有其专用名词SOH,但很难找到具体电芯健康的检查内容和方法。
我们于2010年前已初步解决了此技术问题,故能进行检查,但还有不满意之处,待后来人。
第8期2019年4月No.8April,2019动力电池是全地形纯电动赛车唯一的动力源,工作性能的好坏直接影响整车的使用性能。
目前,全地形纯电动赛车使用最多的是锂离子动力电池,锂离子电池的性能受温度的影响很大。
当温度过高时,电池组的极化加剧、不可逆物质生成加快等,这些副反应会减少电池的使用寿命;电池组温度过低时,会导致电池组内阻增加、充放电容量减少等,影响电池的使用寿命和车辆的续航里程[1]。
因此,通过研究锂离子动力电池的生热机理,优化动力电池包的结构,并设计高效的热管理系统是非常必要。
1 锂离子电池生热机理锂电池在进行充放电时,电子和锂离子动作过程中产生的热量称为反应热,在可逆反应中,电池在充电和放电条件下,上述反应热是相等的,符号是相反[2-3],记为Q r 。
根据熵增原理,在实际进行充放电时,上述情况是不可能发生的,所以还会有极化反应产生的极化反应热Q p ,过充过放引起的副反应,电解质分解及自放电生成的热量,记为Q s 。
电池内阻在充放电过程中产生的焦耳热Q j 。
在实际的充放电过程中将其生成的热量记为Q t ,则可有如下关系式:Q t =Q r +Q p +Q s +Q j (1)在实际充放电过程,由于电池管理系统作用,会防止电池出现过充、过放的现象,Q s 中的自放电因素热量生成量微乎其微,故Q s 可以忽略不计,另外可以利用等效极化内阻产生的热量代替极化热[4],所以,电池充放电反应的生热量可以做进一步简化:Q t =Q r +I 2R(2) 式(2)中:R =Rz + Rp ,Rz 是电池本身的欧姆内阻。
电池内阻R 在充放电过程是不断变化的,这是因为电池的温度、电极活性物质及电解液的质量浓度都在不断地变化,放电深度的大小决定了在放电过程中电流密度的大小,电流密度的大小很大程度上决定了极化内阻的大小,所以可以利用放电深度来表达电池内阻[4]。
通过以上研究发现,锂离子电池只有工作在适合的温度范围才能使充放电性能、使用寿命、安全性能等最佳。
电动汽车锂离子电池管理系统
研究背景
综合各国的电动汽车研究情况,可以发现共同存在的一个现象,即电池是整
个电动汽车研究中出问题最多的部件。在电池生产的过程中,电池必须要经
过化成检测工序,即在电池生产过程中需要对电池进行多次充放电才能完成
整个电池的生产。所以化成控制系统的性能直接影响着锂电池的技术状态、
使用寿命,并决定着放电时对电网的污染程度。为了满足电动汽车的实际运
行需求,电池管理系统在功能、可靠性、实用性、安全性等方面都做出了重
要努力。
电池管理系统简介:
电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS),电动汽车电池管理系
统(BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带,其主要功能包括:电池
物理参数实时监测;电池状态估计;在线诊断与预警;充、放电与预充控制;均衡
管理和热管理等。
电池管理系统的应用:
电池管理系统(BatteryManagementSystem,BMS)的主要任务是保证电
池系统的设计性能:
1)安全性,保护电池单体或电池组免受损坏,防止出现安全事故;
2
)耐久性,使电池工作在可靠的安全区域内,延长电池的使用寿命;
3)动力性,维持电池工作在满足车辆要求的状态下。
动力电池的基本概念:
(1)电池容量
池容量是蓄电池的一个重要性能参数,它表示在一定放电率、温度、终止电
压等的条件下,电池放出的电量。
电池容量用C表示,其单位用安时(Ah)、毫安时(mAh)表示。
(2)充电速率和放电速率
此概念利用电池额定容量和充电时间(放电时间)的比值来表示,可以比较
不同电池的充放电速度。
(3)电池的过充
电池的过充即是对电池进行了过度的充电,过充会给电池造成一定的损害。
当快接近充电结束的过程时,即电池电量快满的时候,只能用小电流对电池
进行低速率充电。因为只有小电流充电所产生的极化现象较轻,在电池内部
积聚的气体较少,而且给电池散热的时间充足。
(4)充电终止电压/放电终止电压
当蓄电池充满电时,表示电池极板上的活性物质已经达到饱和状态,所以在
这个时候即使继续对蓄电池充电,蓄电池的电压再也不会升高,此时蓄电池
的电压称为充电终止电压。类似地,放电终止电压就是放电时候能达到的最
低电压。
(5)电池的内阻
蓄电池两端测得的阻值称为蓄电池的内阻。
(6)电池的生命周期及老化
电池的整个生命周期会经历以下三个阶段:在刚开始使用阶段时,容量会增
大5%~10%;接下来的阶段,容量保持不变;最后一个阶段,电池容量开始
慢慢减少。这段容量减少的阶段就是电池的老化阶段。一般来说,当电池容
量降到额定容量的80%时,则认为电池寿命结束。
图1车用BMS软硬件基本框架
电池管理系统的主要组成是:
(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。由于电动车使用环境恶劣,要求BMS具有好的抗电磁干
扰能力,同时要求BMS对外辐射小。
图2电池管理系统算法框架
电池系统的总体研究
热量管理
在所有的环境因素中,温度对电池的充放电性能影响最大,对蓄电池的很多
特性都会产生影响。因为电池本身的化学材料比较复杂,所以为了计算方便
可以将蓄电池结构进行了内部电池(热源)和电池外壳的模型简化,进而进行散
热仿真分析。
图3蓄电池简化结构示意图
电压采集
一般地,为了安全监控,电池组中的每串电池电压都需要采集。电动汽车电
池组由上百节的单体电池串联,需要众多电压采样通道。测量单体电压时,
存在着累积电势,且各节单体的累积电势各不相同,无法统一补偿或消除。
可以采取“先集中后分布”的采集方案,提高可靠性。
电流采集
电流的采样是估计电池剩余容量(SOC)的主要依据,因此必须选用响应速度
快,具有优良线性度的高精度传感器作为电流采集单元。
荷电状态(SOC)估计
目前,对SOC的研究已经基本成熟,SOC算法主要分为两大类,一类为单
一SOC算法,另一类为多种单一SOC算法的融合算法。单一SOC算法包
括安时积分法、开路电压法、基于电池模型估计的开路电压法、其他基于电
池性能的SOC估计法等。融合算法包括简单的修正、加权、卡尔曼滤波(或
扩展卡尔曼滤波)以及滑模变结构方法等。
电池循环寿命(SOH)估计
SOH(StateofHealthy)为电池的寿命,定义为标准状况下蓄电池可用容
量占标准容量的百分比。耐久性是当前业界研究热点,表征电池寿命的主要
参数是容量和内阻。一般地,能量型电池的性能衰减用容量衰减表征,功率
型电池性能衰减用电阻变化表征。目前SOH估计方法主要分为耐久性经验模
型估计法和基于电池模型的参数辨识方法。
电池一致性与均衡管理
电池一致性是指同一规格型号的电池组成电池组后,各单体电池的电压、荷
电量、容量及其衰退率、内阻及其随时间变化率、寿命、自放电率及其随时
间变化率等参数存在一定的差别。在电池生产与成组过程中,特别是车用动
力电池,如果制造环境较差,质量控制不得当,单体电池间会出现较大差异。
随着使用时间的变化,车用动力电池的不一致性会变得越来越差,最终影响
电池组的使用寿命。
电池不一致性主要是由单体电池容量衰减差异和荷电量差异两者造成。单体
电池容量的衰减是不能恢复的。而荷电量差异可以通过均衡方法来补偿。
故障诊断与失效处理
故障诊断功能是BMS的重要组成部分,混合动力汽车的故障诊断程序可以
诊断和处理400多种各类故障。故障诊断可以在电池工作过程中,实时掌握
电池的各种状态,甚至在停机状态下也能将电池故障信息定位到蓄电池系统
的各个部分(包括电池模块)。BMS根据故障原因对各种故障诊断分别设置
了诊断程序的进入与退出条件,采用分时诊断流程,节约CPU的时间资源。
小结
综上所述,成熟的电池管理系统应该对电池组进行安全监控及有效管理,提
高电池的使用效率,增加续驶里程、延长电池使用寿命、降低运行成本。电
池管理系统在电动汽车发展的同时,其技术也取得了长足的进步