动力电池 BMS 均衡 对比PPT课件.ppt

BMS均衡方法简介20120612 汽车动力电池BMS均衡方法简介 2019 10 20 BMS定义 BMS BatterymanagementsystemSYSTEM 其作用是对锂离子电池电压 电流 温度 容量 电池SOC荷电状态计量 电池与车体的绝缘状态等多种电池参数以CAN通讯的方式与车控电脑实时进行信息交换 确保电池的能量发挥到极致 使驾驶者能够随时掌握电池的工作状态 以保证电池的安全 BMS不仅是数字化智能电池系统的中枢神经 也是新能源汽车必不可少的关键部件SOC StateofCharge 电池 组 荷电状态 SOH StateofHealth 电池健康度 2 2020 2 5 BMS功能 1 电池工作状态监控 主要指在电池的工作过程中 对电池的电压 温度 工作电流 电池电 绝缘阻抗 继电器状态等一系列电池相关参数进行实时监测或计算 并根据这些参数判断目前电池的状态 以进行相应的操作 防止电池的过充或过放 2 电池充放电管理 在电池的充电或放电的过程中 根据环境状态 电池状态等相关参数对电池的充电或放电进行管理 设置电池的最佳充电或放电曲线 如充电电流 充电上限电压值 放电下限电压值等 实现电池过充 过放 过温 过流 短路等保护3 单体电池间均衡 即为单体电池均衡充电 使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态 均衡器是电池管理系统的核心部件 3 2020 2 5 电池管理系统主要部件 1 信号采集模块 主要用于对电池组电压 充电电流 放电电流 单体电压 电池温度 等参数进行采集 通常采用隔离处理的方式 除温度信号 2 电池保护电路模块 通常这部分是采用软件控制一些外部器件来实现的 如通过信号控制继电器的通断来允许或禁止充放电设备或电池的工作以实现对电池保护 3 均衡电路模块 主要用于对电池组单体电压的采集 并进行单体间的均衡充电使组中各电池达到均衡一致的状态 4 下位机模块 信号处理 控制 通讯 4 2020 2 5 BMS为什么要均衡 5 2020 2 5 一致性不好的原因 6 2020 2 5 在制造过程中 由于工艺问题和材质的不均匀 使电池极板厚度 微孔率 活性物质的活化程度等存在微小差别 这种电池内部结构和材质上的不完全一致性 就会使同一批次出厂的同一型号电池的容量 内阻和电压等参数值不可能完全一致在装车使用时 由于电池组中各个电池的温度 通风条件 自放电程度 电解液密度等差别的影响 在一定程度上增加了电池电压 内阻及容量等参数的不一致 不一致性的产生原因 7 2020 2 5 BMS均衡的目的延长电池组使用寿命 8 2020 2 5 9 2020 2 5 均衡分类 被动均衡 有损均衡 电阻耗能式 在每一颗单体电池并联一个电阻分流 耗能均衡就是将容量多的电池中多余的能量消耗掉 实现整组电池电压的均衡主动均衡 无损均衡 能量转移式 将单体能量高的转移到单体能量低的 或用整组能量补充到单体最低电池 在实施过程中需要一个储能环节 好让能量通过这个环节重新进行分配 10 2020 2 5 被动式均衡介绍 被动式均衡分为硬件方案和软件方案1 被动式硬件方案介绍充电末端均衡 均衡电流约55mA 没有压差比较 单体电池到达某个点后开启均衡 例如10S三元电池 单体到达4 19V后开启单通道放电 11 2020 2 5 12 2020 2 5 2 被动式软件方案均衡 13 2020 2 5 启动均衡条件 有单体最高电压值 单体最高最低压差比较 有对比选择性的均衡 例如10S电池中 先采集单体电压 计算最高最低压差 当压差大于50mV 且单体最高大于3 8V时启动均衡 此时只要是单体大于3 8V且比单体最低高50mV即开启单通道均衡 开启并联电阻放电 14 2020 2 5 主动式无损均衡根据能量的流动方式分为集中式和分散式集中式均衡方法就是从整组电池获取能量 然后通过电能转换装置向能量少的电池补充电量 分散式的均衡方法就是在相邻的电池之问存在一个储能环节 这个储能环节可以是电感也可以是电容 这样就可以让能量在相邻电池之间流动 能量多的电池就可以将能量传递到能量少的电池这两种方式的最终目的都可以均衡整组电池 主动式均衡分类 15 2020 2 5 无损均衡方式分类 16 2020 2 5 无损均衡 分散式 分散式目前分为 电容式 飞度电容法 和储能电感式电容式 即通过切换电容开关 将电荷从电压高的电池转移到电压低的电池 达到均衡 达到均衡需要多次传输 且两个电池压差很小时需要很长时间均衡 17 2020 2 5 每两个电池组成一个均衡单元 如图1中电池EB1和EB2组成第一个均衡单元 储能电容C1 储能电感L1 L2 开关Q1 Q2组成了均衡电路 当EB1和EB2产生不平衡时 该均衡电路在相位相反的两个方波驱动下交替开关 通过储能元件构成的能量交换通道逐次地把电压高电池的电荷搬移到电压低的电池中 直至两个电池平衡为止 18 2020 2 5 储能电感对称分布式能量转移 19 2020 2 5 充电均衡电路如图1所示 电池组由多节单体电池串联而成 充电电源由大小为Ic的恒流源表示 各串联电池旁都接有均衡电路模块Mn 每一均衡模块由储能电感 开关器件及二极管组成 对称地分布于电池组的两侧 当均衡模块Mn中的开关器件Sn开通时 电池Bn对电感Ln充电储能 电感电流线性上升 当Sn关断时 电感Ln中的能量通过二极管续流到其他蓄电池中 上游电池的储能电感通过二极管续流到下游电池 下游电池的储能电感则通过二极管续流到上游电池中 各均衡电路中开关器件可同时导通 其通断由控制器输出的PWM脉冲进行控制 调节PWM占空比的大小 可有效调节能量转移速度 20 2020 2 5 无损均衡 集中式 无损均衡 集中式根据均衡器处理能量的可能流向分单向和双向均衡双向型使用双向变换器 输入输出方向动态调整 比较而言 双向型更具优势 基于均衡效率考虑 单向型均衡器 使用自组高压到单体低压的变换器适用于放电均衡 使用自单体低压到组高压的逆变器适合充电均衡 21 2020 2 5 22 2020 2 5 无损均衡 集中式 单向均衡 1 23 2020 2 5 无损均衡 集中式 双向均衡 基于变压器架构的新型主动均衡方案该方案采用一个反激式变压器作为核心 通过磁场与电场的转换 实现能量在单个电池单元与整个电池组间双向传递 电池充电和放电均衡的具体过程可以用 劫富济贫 来形容 24 2020 2 5 图5a顶部均衡技术示意图图5b底部均衡技术示意图 25 2020 2 5 电池组间均衡法 26 2020 2 5 BMS均衡方法 被动式 主动式 硬件方案 软件方案 分散式 DC DC集中式 飞度电容 储能电感 单向均衡 双向均衡 27 2020 2 5 各均衡方案优缺点对比 被动均衡方式优点 是电路结构简单 成本较低缺点 只能做充电均衡 同时 在充电均衡过程中 多余的能量是作为热量释放掉的 使得整个系统的效率低 功耗高 均衡电流50mABMS应用 电动自行车 电摩飞度电容方案优点 成本低 结构简单 主动式能量利用率高缺点 均衡效率有限 是把电容作为能量传递的载体 该方案可以实现能量在电池组任意两个单体之间的直接转移 由于均衡电流受电容电压与电池组中单体电压之差的限制 随着均衡过程的进行 均衡速度会越来越慢 量产均衡电流300mA左右 28 2020 2 5 储能电感方案