《动力电池及管理技术》课件-任务五 动力电池的能量管理认知

项目五

BMS任务六动力电池的热管理系统检修《动力电池及管理技术》动力电池是由数千个单体电池按照一定的连接方式组合起来的

，这些电池在使用的过程中不一定完全一致

，电池管理系统就是通过监测这些电池的电压、电流、温度等信息

，对它们进行有效管理

，从而控制动力电池的充电和放电过程

，提高动力电池使用过程中的安全性

，延长动力电池的使用寿命。本项目主要介绍电池管理系统的功能及基本构成、动力电池的数据采集、动力电池的状态评估、动力电池的安全保护、动力电池的能量控制管理、热管理及信息管理。通过本项目的学习

，应知道电池管理系统的功能及基本构成

，了解动力电池的数据采集方法

，掌握SOC和SOH评估的含义和意义

，熟悉常见的动力电池安全保护措施

，知道动力电池是如何进行能量控制管理、热管理及信息管理的

，并能认知动力电池系统的实物及内部结构组成

，能利用电池管理系统进行动力电池的数据采集。能力目标1.能阐述动力电池的能量管理的控制流程2.能归纳动力电池能量均衡的不同措施及优缺

点。素质目标1

.培养学生自主学习、搜集信息

、

制定计划的

能力。2

.培养学生甘当

“

小电芯

”

的职业精神及团队

意识。知识目标1.了解动力电池能量管

理的定义和内容。2.掌握动力电池能量管

理的策略。任务描述能量控制管理，

这往往是提高电池能量利用效率，

同时保证电池

一

致性的功能

。

其中主要是电

池均衡控制管理

、

电池充电管理和电池放电管理。电池充电管理和电池放电管理就是根据SOC、电池健康状态和温度等因素对充电电压

、

充电电流

和放电电流进行控制，

即设定

一个控制充电和放电

的算法逻辑，

以此作为充放电控制的标准。具体来说，

充电管理主要包括以电流

、

电压、温度

、

SOC和SOH为输入进行充电过程控制，

放电管理以SOC

、

SOH和温度等参数为条件进行放电功率控制。一、

电池能量管理的定义及主要内容电池的均衡管理主要分为主动均衡和被动均由于受生产工艺的不稳地性和衡两种

，

在本质上来说

，

主动均衡属于能量电池的先天因素

，

电池组在内部转移型均衡

，

相反被动均衡就可以说是属于总是存在一定程度的不一致性。能量耗散型的均衡

。

主动均衡工作方式是将电池均衡控制

，

是指采取一定措电池组内电量剩余多的向电量剩余少的充电，施尽可能降低电池不一致性

，

以从而达到整个电池组内所有单体电池的电量达到优化电池组整体放电效能，基本趋于相同；

被动均衡工作方式是将剩余延长电池组整体寿命的效果。电量高的电池的电量放掉

，

从而使整个电池组电池所剩电量趋于一致。一、

电池能量管理的定义及主要内容整车能量管理在整车管理系统通常情况下

，

电池组能量提供电动汽车中车中具有举足轻重的角色

，

对于纯辆的全部功率负荷

，

故而对电池组管理首当电动汽车合理利用动力电池能量其冲

。

应时时刻刻监控整车的电池能量消耗而言至关重要

，

电池能量利用率情况与准确的荷电状态SOC

，

当电池SOC低的提高在一定程度上不仅可以提于某一设定值时

，

由于电池其独有的放电特升整车的续航里程而且提高汽车性会导致电池组电压急剧减小

，

严重情况下的安全性能

。

整车能量流向管理会使运动中的车辆发生突然停止

。

此外纯电以及动力电池的管理是组成了动动车的最大续驶里程直接由电池的荷电状态力电池管理系统中最重要的内容。决定。二、

BMS能量管理策略二、

BMS能量管理策略整车能量管理的策略原理如上图所示

，

当汽车通过上电自检模式，处于启动状态时

，

动力电池供应电

，

进而满足电机及附属仪表元件能量需求

。

当汽车处于正常行驶模式时

，

电池能量提供驱动电机能源，动力电池工作在高效放电区。二、

BMS能量管理策略能量管理策略控制流程图如图4

-

11所示

。

系统上电自检通过后

，

VCU采集SOC值并判断

，

若动力电池SOC的值处于设定某一值以下时

，

则整车控制器通过信号计算控制仪表盘亮灯并报警提示

，

此时会提醒驾驶员

，

则驾

驶员会进行相应操作并做出判断并尽可能确保车辆运行的安全

。

当动力电池SOC继续降低小于某一设定值时

，

整车控制器收集SOC信息

，

并计算控制进而加长报警长度

，

此时驾驶员可以进行操作关闭一些不影响安全的附属电

器

，

但是当处于特殊天气时

，

汽车的雨刷

、

雾灯

、

大灯等涉及到安全的一定

要确保汽车能够正常对其供电不能关闭

。

汽车处于减速和制动的工况时

，

电

动机转换为发电机把制动收取的能量转化为电能贮存于动力电池中。二、

BMS能量管理策略在起步和正常行驶工况下

，

电池组向电机供应电能进而使电机工作。车辆在减速或刹车制动的状态中

，

电机反转产生再生力矩进而为电池充电。

因此使动力电池能量得到高效而经济

的使用

，

提升车辆一次充电续航里程

并满足电池的使用安全性要求是能量

管理策略的目标。二、

BMS能量管理策略2

、

均衡管理的方式根据均衡过程中对所传递能量处理方式的不同

，

可以分为能量耗散型均衡和非能量耗散型

，

又称之为被动均衡和主动均

衡。1

、

均衡管理的目的为了平衡电池组中单体电池的容量和能量差异

，

提高电池组的能量利用率。三、

能量均衡管理3

、

能量耗散型均衡管理（

1

）

恒定分流电阻均衡充电电路

。

每个电能量耗散型是通过单体电池的并池单体上都始终并联一个分流电阻

。

这种方联电阻进行分流从而实现均衡的。式的特点是可靠性高

，

分流电阻的值大

，

通这种电路结构简单

，

均衡过程一过固定分流来减小由于自放电导致的单体电般在充电过程中完成

，

对容量低池差异

。

其缺点在于无论电池充电还是放电的单体电池不能补充电量

，

存在过程

，

分流电阻始终消耗功率

，

能量损失大，能量浪费和增加热管理系统负荷的问题

。

能量耗散型一般有两类：一般在能够及时补充能量的场合适用。三、

能量均衡管理（2）开关控制分流电阻均衡充电电路。

分流电阻通过开关控制

，在充电过程中

，

当单体电池电压达

到截止电压时

，均衡装置能阻止其过充电并将多余的能量转化成热能。

这种均衡电路工作在充电期间

，特点是可以对充电时单体电池电压偏高者进行分流。

其缺点是由于均衡时间的限制

，导致分流时产生的大量热量需要及时通过热管理系统耗散

，尤其在容量比较大的电池组中更加明显。

例如

，

10A•

h的电池组，100mV的电压差异

，最大可达500mA•

h以上的容量差异

，如果以2h的均衡时间

，则分流电流为250mA，

分流电阻值约为14Ω

,则产生的热量为2W

•

h左右。三、

能量均衡管理能量耗散型电路结构简单

，但是均衡电阻在分流的过程中

，不仅消耗了能量

，而且还会由于电阻的发热引起电路的热管理问题。

由于其实质是通过能量消耗的办法限制单体电池出现过高或过低的端电压

，所以

，只适合在静态均衡中使用

，其高温升等特点降低了系统的可靠性

，不适用于动态均衡。该方式仅适合小型电池组或者容量较小的电池组。三、

能量均衡管理4、非能量耗散型均衡管理非能量耗散型电路的耗能相对于能量耗散型电路小很多

，但电路结构相对复杂

，可分为能量转换式均衡和能量转移式均衡两种方式。三、

能量均衡管理（

1）能量转换式均衡能量转换式均衡是通过开关信号

，将电池组整体能量对单体电池进行能量补充

，或者将单体电池能量

向整体电池组进行能量转换。

其中单体能量向整体能

量转换

，一般都是在电池组充电过程中进行

，

电路如

图4-12所示。

该电路是检测各个单体电池的电压值

，

当单体电池电压达到一定值时

，均衡模块开始工作。把单体电池中的充电电流进行分流从而降低充电电压，分出的电流经模块转换把能量反馈回充电总线

，达到

均衡的目的。

还有的能量转换式均衡可以通过续流电

感

，

完成单体到电池组的能量转换。三、

能量均衡管理（

2

）

能量转移式均衡另外

，

也可以通过电感储能的方式

，

对一相能量转移式均衡是利用电感或电邻电池间进行双向传递

。

此电路的能量损耗容等储能元件

，

把能量从电池组很小

，

但是均衡过程中必须有多次传输

，

均中容量高的单体电池通过储能元衡时间长

，

不适于多串的电池组

。

改进的电件转移到容量比较低的电池上，容开关均衡方式

，

可通过选择最高电压单体该电路是通过切换电容开关传递与最低电压单体电池间进行能量转移

，

从而相邻电池间的能量

，

从而达到均使均衡速度增快

。

能量转移式均衡中能量的衡的目的。判断以及开关电路的实现较困难。三、

能量均衡管理三、

能量均衡管理（2）能量转移式均衡

除

上述均衡方法外，

在充电应用过程中，

还可采用涓流充电的方式实现电池的均衡

。

这是最简单的方法，

不需要外加任何辅助电路

。

其方法是对串联电池组持续用小电流充电

。

由于充电电流很小，

这时的过充电对满充电池所带来的影响并不严重，

由于已经充饱的电池没办法将更多的电能转换成化学能，多余的能量将会转化成热量

。

而对于没有充饱的电池，

却能继续接收电能，直至到达满充点

。

但这种方法需要很长的均衡充电时间，

且消耗相当大的能量来达到均衡

。

另外，

在放电均衡管理上，

这种方法是不能起任何作用的。能量转移式均衡是

一种电池容量补偿的方法，

就是从容量高的电池取出

一些电量来补偿容量低的电池

。

这个方法需要对各个单体电池电压进行检测判断，

电路会很复杂，

且体积大

、

成本高

。

另外，

能量的转移是通过

一个

储能媒介来实现的，

存在

一定的消耗及控制问题

。

该均衡方式

一般应用于

中大型电池组中。三、

能量均衡管理序号项目参数1电池包出厂日期2016年11月1电池包个数9个2总体组合方式4并188串3电芯总个数752支4电池品牌XXX5材料类型磷酸铁锂6单电芯规格3.2V72Ah7总体规格601.6V288Ah8标称容量288Ah9标称电量173.26KWh某公交公司10米纯电动公交车动力电池规格及参数：三、

能量均衡管理序号时间类型项目电流容量Ah备注12021/5/5容量测评放电70A138.8VL

3V22021/5/5容量测评充电70A132VH

3.65V32021/5/6容量测评放电70A141.9VL

3V42021/5/6容量测评充电70A141.57VH

3.65V三、

能量均衡管理140Ah均衡修复前序号时