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電池管理系統(tǒng)概述

電池管理系統(tǒng) (BMS) 是 新能源汽車整體架構(gòu)中的要素之一。智能型實現(xiàn)方案不僅能夠延長電池的使用壽命,而且還有望延長汽車采用純電力驅(qū)動模式時的行駛距離。


BMS 常見的控制模塊有:
1. 電池電壓,電流信號的監(jiān)測,電池包溫度的檢測
電池cell的電壓,電流,是所有BMS頂層控制邏輯的基礎(chǔ),就跟輪胎力學(xué)是車輛動力的基礎(chǔ)一樣。當(dāng)電池的SOC處于中間部分時,電壓變化范圍很小,但是SOC的變化范圍很大,這要要求cell的電壓傳感器的精度需要滿足一定的要求。對應(yīng)Pack也有相應(yīng)的voltage sensor。
電池包的溫度傳感器并不對應(yīng)著每一個cell都有一個傳感器,而是首先你需要經(jīng)過CFD分析,在pack中找到最合適的點用最少的傳感器來采集溫度信息。
2. Contactor Control
繼電器控制。如上圖所示,這是一個Full hybrid energy vehicle, 因此只有三個contactor,分別為main contactor,negative contactor, 還有pre-charge contacor,其中pre-charge contacor串聯(lián)了一個大電阻,其主要作用是防止供電時電流過大,對電機(jī)造成傷害。
如果是plug-in energy vehicle, 這里就要多兩個充電的contactor,因此混合動力車上的contactor control 也是非常重要的,contactor什么時候open,什么時候closed,close sequence,都是我們需要考慮的。
3. SOC Estimate
毫無疑問,這個是BMS中最核心也是最難的一部分了。SOC估算常見的有安時積分法,和開路電壓標(biāo)定法,安時積分最大的問題是隨著時間的推移誤差會越來越大,開路電壓標(biāo)定的問題是,電池需要在靜置很長時間以后的開路電壓對應(yīng)的SOC才是準(zhǔn)確的,汽車在行駛的時候采集的電壓用來標(biāo)定SOC那是不準(zhǔn)確的。理論研究中海油卡爾曼濾波法,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。
4. Balance
均衡主要有主動均衡和被動均衡兩大類,現(xiàn)在主流的混合動力車都是被動均衡,關(guān)于主動均衡和被動均衡的優(yōu)劣勢,我這里就不粘貼復(fù)制表格了,大家有興趣可以自己百度一下。
為什么要均衡,什么時候均衡,如何均衡,怎么觸發(fā)均衡,均衡結(jié)束條件,這都是我們必須研究的問題。
5. Power limit
電池有容量量型的,和功率型的,這兩者貌似不能同時兼得,我不是研發(fā)電池化學(xué)的,大家有興趣可以查一查相關(guān)資料。能量大的電池,功率不一大。鋰電池包最為電機(jī)的能量提供著,必須要滿足電機(jī)的功率要求,因此在選擇電池時,我們得折衷考慮電池的容量和功率。
在確定電池類型后,電池的power limit收到環(huán)境溫度還有SOC的影響,為了保證電池的使用壽命,在不同的溫度和SOC值下,我必須設(shè)定不同的power limit 來對電池的輸出加以限制。
6. Thermal control
電池的化學(xué)性能受環(huán)境的溫度影響非常大,為了電池的使用壽命必須讓電池工作在合理的溫度范圍之類。溫度控制就設(shè)計到CFD仿真分析了,前面第一部分所說的,溫度傳感器,如何使用最少的傳感器來有效的監(jiān)測整個電池包的溫度分布,并將監(jiān)測信息反饋給BMS,BMS通過傳感器信息進(jìn)行溫度控制。最常見的溫度控制主要有風(fēng)冷和水冷。
7. Charge Control(Plug-in energy vehicle)
充電控制對應(yīng)的是插電式混合動力,BMS本身不對充電進(jìn)行管理,只是進(jìn)行監(jiān)測,比如充電電壓,充電電流,電池pack電壓,charge contactor控制等。判斷電池包電量是否充滿。充電控制部分主要由充電控器管理,充電控制器與BMS之間通過CAN通信來完成信息交換。
8. Fault Diagnostic and fault tolerant
故障診斷及容錯控制在任何控制器當(dāng)中都是非常重要的部分,我們最常見的發(fā)動機(jī)管理當(dāng)中的故障會以故障碼(DTC)形式表現(xiàn)出來,比如發(fā)動機(jī)過熱,油箱沒有油,都會通過DTC觸發(fā)儀表盤當(dāng)中的指示燈,同樣的在混合動力汽車當(dāng)中,電池故障也有相應(yīng)的指示燈。故障診斷包括對電池cell的電壓,pack電壓,電流,pack 溫度傳感器的故障進(jìn)行診斷,確定故障位置和故障級別,并作出相應(yīng)的容錯控制。

我是打算,在書里面對此做一個完整的章節(jié)的。這里先以最簡單的功能簡圖,寫一下電池管理系統(tǒng)的概覽。

在深入了解新能源車的部分以后,從電池系統(tǒng)和電池管理入手,可以得見核心系統(tǒng)設(shè)計的困難,相對而言,硬件設(shè)計還是簡單一些。做電池系統(tǒng)開發(fā),可能是未來10年,最有趣的工作之一。當(dāng)然,如果鋰離子電池被其他電池所取代,整個電池管理本質(zhì)上也是在演進(jìn)的,因為它還不夠好。

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