yulzhu

电子技术应用专栏作家——芝能汽车。紧跟技术创新,助力行业发展。

电池管理系统概述

0
阅读(2498)

上周的时候,收到第一篇工程师的投稿,是关于电池管理系统概述的,作者是王梦春,目前也在整车企业工作。

电池管理系统 (BMS) 是 新能源汽车整体架构中的要素之一。智能型实现方案不仅能够延长电池的使用寿命,而且还有望延长汽车采用纯电力驱动模式时的行驶距离。
BMS 常见的控制模块有:
1. 电池电压,电流信号的监测,电池包温度的检测
电池cell的电压,电流,是所有BMS顶层控制逻辑的基础,就跟轮胎力学是车辆动力的基础一样。当电池的SOC处于中间部分时,电压变化范围很小,但是SOC的变化范围很大,这要要求cell的电压传感器的精度需要满足一定的要求。对应Pack也有相应的voltage sensor。
电池包的温度传感器并不对应着每一个cell都有一个传感器,而是首先你需要经过CFD分析,在pack中找到最合适的点用最少的传感器来采集温度信息。
2. Contactor Control
继电器控制。如上图所示,这是一个Full hybrid energy vehicle, 因此只有三个contactor,分别为main contactor,negative contactor, 还有pre-charge contacor,其中pre-charge contacor串联了一个大电阻,其主要作用是防止供电时电流过大,对电机造成伤害。
如果是plug-in energy vehicle, 这里就要多两个充电的contactor,因此混合动力车上的contactor control 也是非常重要的,contactor什么时候open,什么时候closed,close sequence,都是我们需要考虑的。
3. SOC Estimate
毫无疑问,这个是BMS中最核心也是最难的一部分了。SOC估算常见的有安时积分法,和开路电压标定法,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。理论研究中海油卡尔曼滤波法,神经网络法。
4. Balance
均衡主要有主动均衡和被动均衡两大类,现在主流的混合动力车都是被动均衡,关于主动均衡和被动均衡的优劣势,我这里就不粘贴复制表格了,大家有兴趣可以自己百度一下。
为什么要均衡,什么时候均衡,如何均衡,怎么触发均衡,均衡结束条件,这都是我们必须研究的问题。
5. Power limit
电池有容量量型的,和功率型的,这两者貌似不能同时兼得,我不是研发电池化学的,大家有兴趣可以查一查相关资料。能量大的电池,功率不一大。锂电池包最为电机的能量提供着,必须要满足电机的功率要求,因此在选择电池时,我们得折衷考虑电池的容量和功率。
在确定电池类型后,电池的power limit收到环境温度还有SOC的影响,为了保证电池的使用寿命,在不同的温度和SOC值下,我必须设定不同的power limit 来对电池的输出加以限制。
6. Thermal control
电池的化学性能受环境的温度影响非常大,为了电池的使用寿命必须让电池工作在合理的温度范围之类。温度控制就设计到CFD仿真分析了,前面第一部分所说的,温度传感器,如何使用最少的传感器来有效的监测整个电池包的温度分布,并将监测信息反馈给BMS,BMS通过传感器信息进行温度控制。最常见的温度控制主要有风冷和水冷。
7. Charge Control(Plug-in energy vehicle)
充电控制对应的是插电式混合动力,BMS本身不对充电进行管理,只是进行监测,比如充电电压,充电电流,电池pack电压,charge contactor控制等。判断电池包电量是否充满。充电控制部分主要由充电控器管理,充电控制器与BMS之间通过CAN通信来完成信息交换。
8. Fault Diagnostic and fault tolerant
故障诊断及容错控制在任何控制器当中都是非常重要的部分,我们最常见的发动机管理当中的故障会以故障码(DTC)形式表现出来,比如发动机过热,油箱没有油,都会通过DTC触发仪表盘当中的指示灯,同样的在混合动力汽车当中,电池故障也有相应的指示灯。故障诊断包括对电池cell的电压,pack电压,电流,pack 温度传感器的故障进行诊断,确定故障位置和故障级别,并作出相应的容错控制。

我是打算,在书里面对此做一个完整的章节的。这里先以最简单的功能简图,写一下电池管理系统的概览。

在深入了解新能源车的部分以后,从电池系统和电池管理入手,可以得见核心系统设计的困难,相对而言,硬件设计还是简单一些。做电池系统开发,可能是未来10年,最有趣的工作之一。当然,如果锂离子电池被其他电池所取代,整个电池管理本质上也是在演进的,因为它还不够好。