《新能源汽车控制技术》课件 模块六任务1 动力蓄电池管理系统的认知

©方能演亦《新能源汽车控制技术》模块六

动力蓄电池管理控制技术任务1动力蓄电池管理系统的认知动力蓄电池管理系统的认知

学习目标1.知识目标（1）掌握动力蓄电池管理系统（BMS）的结构；（2）掌握动力蓄电池管理系统（BMS）的功能；（3）掌握动力蓄电池管理系统（BMS）的工作原理。2.技能目标（1）能在台架上认知动力蓄电池管理系统的各组成部件；（2）能正确检测动力蓄电池的供电线路。3.素养目标（1）培养学生自主学习、查找资料、制定计划的能力；（2）培养学生良好的团队合作意识；（3）培养学生良好的职业素养和职业道德。动力蓄电池管理系统的认知任务描述

某新能源汽车4S店的维修师傅要求作为实习生的你对某品牌纯电动汽车的动力蓄电池管理系统进行更换。你知道电动汽车动力蓄电池管理系统的内容有哪些吗？对其进行更换时有什么注意事项？动力蓄电池管理系统的认知一、动力蓄电池管理系统架构动力蓄电池管理系统（BatteryManagementsystem，BMS）是用来对动力蓄电池组进行安全监控及管理，提高动力蓄电池使用效率的装置。动力蓄电池管理系统的认知动力蓄电池管理系统已经成为电动汽车不可缺少的核心部件之一。从拓扑架构上看，动力蓄电池管理系统可分为了集中式（Centralized）和分布式（Distributed）两类。动力蓄电池管理系统的认知（一）集中式动力蓄电池管理系统集中式动力蓄电池管理系统是将所有控制和管理功能集中在一个控制器中，该控制器通常被称为电池控制单元（BCU），负责采集电池数据、计算电池状态、执行控制策略等。集中式BMS的缺点：（1）可靠性较低，单点故障风险高。（2）通信线路复杂，容易受干扰。（3）扩展性差，难以满足大容量电池组的需求。集中式BMS的优点：（1）结构简单，成本低廉。（2）易于维护和升级。（3）数据集中，便于分析。动力蓄电池管理系统的认知（二）分布式动力蓄电池管理系统分布式动力蓄电池管理系统将控制和管理功能分布在多个控制器中，每个控制器负责管理一组或多个电池单体。分布式BMS通常采用主从式结构，主控制器负责协调各从控制器的运行。分布式BMS的缺点：（1）结构复杂，成本较高。（2）维护和升级难度较大。（3）数据分散，分析难度较大。分布式BMS的优点：（1）可靠性高，单点故障风险低。（2）通信线路简单，抗干扰能力强。（3）扩展性好，易于满足大容量电池组的需求。动力蓄电池管理系统的认知（三）集中式BMS与分布式BMS的比较特性集中式BMS分布式BMS结构简单复杂成本低高可靠性低高通信复杂简单扩展性差好适用场景小型电动汽车、储能系统大型电动汽车、混动汽车、燃料电池汽车动力蓄电池管理系统的认知二、动力蓄电池管理系统作用与组成动力蓄电池管理系统作用：（1）对电池的电压、电流、温度进行实时检测（2）进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量（SOC）、放电功率，报告电池劣化程度（SOH）和剩余容量（SOC）状态。（3）用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程。（4）用算法控制充电机进行最佳电流的充电（5）通过CAN总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通信。动力蓄电池管理系统的认知动力蓄电池管理系统包括硬件和软件，硬件由主控盒、从控盒、高压监测盒、电压采集线、电流传感器、温度传感器、电池内部CAN总线等组成动力蓄电池管理系统的认知主控盒作用主要有：①接收从控盒发来的实时模块电压和模组温度，并计算最大值和最小值；②接收高压监测盒发来的总电压和总电流；③通过控制器局域网（CAN）与整车控制单元（VCU）、充电机等通信，通过快充CAN与直流充电桩、数据采集终端通信；④控制充放电电流（执行部件是车载充电机、直流快充桩和电机控制器）；⑤控制动力蓄电池加热。动力蓄电池管理系统的认知从控盒作用主要有：①实时监控每个模块电压；②实时监测每个模组的温度；③监测SOC值；④将监测到的数据传送给主控盒。动力蓄电池管理系统的认知高压监测盒作用：①监测动力蓄电池总电压。包括主继电器的内外四个监测点（主正继电器内、主正继电器外、主负继电器内、主负继电器外）；②监测充放电电流；③监测高压系统绝缘性；④监测高压连接情况；⑤将以上监测到的数据传送给主控盒。动力蓄电池管理系统的认知三、动力蓄电池管理系统的工作原理BMS的主控制器根据采集到的数据和预设的算法，控制供电回路的通断，以防止电池发生过充、过放、过温、短路等异常情况。动力蓄电池管理系统的认知四、动力蓄电池管理系统功能（一）动力蓄电池数据采集与监测动力蓄电池数据采集一般是指对电池的电压、电流、温度三种物理量数据的采集和监测等。电压、电流、温度等参数电池管理系统顶层计算、控制逻辑和动力蓄电池高压安全的基础。动力蓄电池数据采集与监测是在线的、持续不间断的进行的。在监测过程中若发现所采集的数据有异常时，可及时查询对应单体蓄电池的状况，并挑选出有问题的单体蓄电池做对应处理，从而保持整组电池运行的可靠性和高效性。动力蓄电池管理系统的认知（二）动力蓄电池状态评估动力蓄电池状态估计是电池管理系统的核心技术之一，对保证电池安全可靠运行、提高电池运行效率、延长使用寿命发挥着至关重要的作用。动力蓄电池管理系统的认知1.动力蓄电池SOC评估荷电状态（StateofCharge，SOC），是动力蓄电池的剩余电量占电池额定电量的百分比来表示的。荷电状态作为动力蓄电池关键状态之一。荷电状态作为动力蓄电池关键状态之一。精确地估算SOC，防止电池过充和过放，对准确预测汽车的续航里程、保证电池的安全工作区间并延长电池的循环寿命至关重要，能提高电池的利用率。动力蓄电池管理系统的认知1.动力蓄电池SOC评估电池SOC无法直接测量，仅能通过电流、电压等可测量参量间接推算。荷电状态估计方法主要可以分为四类，即基于表征参数法、安时积分法、基于模型估计法以及基于数据驱动估计法。动力蓄电池管理系统的认知2.动力蓄电池SOH评估动力蓄电池健康度（StateofHealth，SOH）是指电池在长期使用过程中，相对于新电池的最大容量保持率，是用来评估电池老化或衰退程度的一个重要指标。Qaged——为新电池出厂时的额定容量或标称容量Qrate——为投入使用后电池实际的可用容量，其值随着充放电循环次数的增加会不断减小。SOH越高，说明电池性能越好，续航里程越稳定动力蓄电池管理系统的认知（三）动力蓄电池安全管理动力蓄电池管理系统的对安全管理主要有：过充、过放保护、过流保护、过温保护、人身安全保护、绝缘电阻检测与高压互锁检测等。1.过充、过放保护过充保护指的是在电池的荷电状态为100%的情况下，为了防止继续对电池充电造成损坏，而采取的切断电池的充电回路的保护措施。过放保护是指在电池的荷电状态是0%的情况下，为防止续对电池进行放电，造成损坏，而采取的切断电池的放电回路措施。如：磷酸铁锂设定充电（3.65V）、放电（2.7V）截止保护电压，分级报警，甚至切断电流回路。动力蓄电池管理系统的认知2.过流保护过流保护指的是在电池充、放电过程中，如果工作电流超过了安全值，则应该采取相应的安全保护措施。如：充电0.5C时，比亚迪e5快充125A，慢充40A，启动保护。宝马i3在3C放电1min启动保护。BMS具备判定过流功能，当动力蓄电池处于充、放电状态时，检测到的电流超过设定值，在0.2s延时后仍大于某个值，则判断为过流，此时保护执行电路会切断充电、放电保护开关。3.过温保护动力蓄电池在高温下工作可能引起难以控制的化学反应，轻则损伤电池，严重时则会引起交通事故，造成人员伤亡。动力蓄电池管理系统的认知3.过温保护BMS为保证电池包在正常范围内工作，控制策略的温度过高或过低，达到设定的二级阈值：（1）高温保护（1级）温度55℃，延时3s，只告警不保护，最高温度小于45℃时恢复。（2）高温保护（2级）温度60℃，延时3s，充电开关:OFF，放电开关:OFF，最高温度小于50℃时恢复。（3）低温充电保护，温度0℃，延时3s，充电开关:OFF，放电开关:ON，最低温度高于3℃或放电电流大于0.8A时恢复。（4）低温放电保护，温度-20℃，延时3s，充电开关:OFF，放电开关:OFF，最低温度高于-10℃或充电电流大于0.8A时恢复。动力蓄电池管理系统的认知4.人身安全保护在人身安全方面，BMS通过高压控制的手段来保护。电动汽车动力蓄电池电压高达300～800V，远超人体安全电压36V，风险隐患极大，必须做好高压控制。常见的高压控制措施有继电器控制、高压互锁、绝缘监测等。周全的高压防护控制，可有效保护司机、乘客和维修人员的人身安全。5.绝缘电阻检测绝缘电阻是反映电池供电安全的重要指标。根据人体所能承受的最大电压来看，当绝缘电阻一旦低于500Ω/V时，BMS就应该对驾乘人员做出安全警告或者切断高压接触器停止供电。动力蓄电池管理系统的认知6.高压互锁检测高压互锁主要是用来确认整个高压系统的完整性，当高压系统回路断开或者完整性受到破坏的时候，BMS必须启动高压安全保护措施。高压互锁检测系统（HVIL）的存在，可以使高压总线在上电之前，保证整个系统的完整性，即电池系统主、负继电器闭合给电之前就完成了对其安全性的检测，做到了防患于未然。HVIL主要是通过插接器的低压连接回路完成的，电池管理单元一般需要提供电路的检测回路。动力蓄电池管理系统的认知（四）动力蓄电池能量管理1.电池的充电控制管理电池的充电控制管理是指BMS采用智能充电算法和控制策略，在电池充电过程中对充电电压、充电电流充电时长、充电效率以及充电的饱满程度等参数进行实时的优化控制，保证充电过程的安全性和效率。BMS中的充电管理模块，能检测到充电枪插枪信号并被信号唤醒。能够根据电池的特性、温度高低以及充电机的功率等级，控制充电机对充电电压充电电流等参数进行实时的优化控制。BMS监测电池的电压、电流、温度和内阻等参数，电池的实际充电电流应在允许的充电电流和充电机的设计最大输出电流之间取较小值。动力蓄电池管理系统的认知2.电池的放电控制管理电池的放电控制管理是指在电池的放电过程中根据电池的状态对放电电流大小进行控制，以使动力蓄电池模组发挥更大的效能。制动能量回收常常也是能量控制管理的重要内容之一。在某些混合动力电动汽车中，需要通过充放电控制管理把电池的荷电状态维持在60%～80%，以保证有足够的电荷容量空间来接收来自制动回收的能量。3.电池的均衡控制管理单体蓄电池生产工艺不稳定等因素或者使用环境不一致，使得电池模组内的各个单体蓄电池总存在一定程度的不一致性。BMS对电池的均衡控制管理是指采取一定的措施尽可能地降低电池不一致性的负面影响，以达到优化电池模组的整体放电效能，延长电池模组整体寿命的效果。动力蓄电池管理系统的认知3.电池的均衡控制管理单体蓄电池的电压低于放电的限定值，就须要对整个电池模组进行保护，但此时电池模组内其他单体蓄电池往往还带有一定量的剩余电荷，因此，对电池进行均衡管理有利于把剩余电荷利用起来，从而提高电池模组的放电效能。动力蓄电池管理系统的认知（五）动力蓄电池热管理BMS的电池热管理是依据电池性能在不同温度下变化的分析，结合电池自身内部的电化学反应与生热机理，涉及到传热、材料、电化学不同门类的交叉，通过设计合理的系统使电池在高温及低温时热失控得到控制，从而使电池整体性能获得提高的一种新技术。热管理系统的主要功能:（1）在电池温度较高时进行有效散热，防止产生热失控事故。（2）在电池温度较低时进行预热，提升电池温度，确保低温下的充电、放电性能和安全性。（3）减小电池组内的温度差异，抑制局部热区的形成，防止高温位置处电池过快衰减，降低电池组整体寿命。动力蓄电池管理系统的认知（六）动力蓄电池信息管理电动汽车动力蓄电池组中单体蓄电池数