BMS系统均衡及SOC简介

1、BMS均衡简介目的：克服不一致电池造成的严重影响。在使用电池方面，人们强烈提出了对电池的平衡要求。为此，近10多年来，许多电池管理系统(BMS)的研究人员以多种方式平衡电池。概括地说，有以下几种方法：(1)分流法，也称为迂回法。原则：在电池充电时，当一个电池的充电电压超过设置时，可以并行切断该电池的电量，从而降低电池充电电压。线路图1:图1分流图E1、ei.en表示单个电池的电动势，R1，Rb.rn是单个电池的内部电阻，U1，ui.un是单个电池的充电电压，r是单个电池的并行电阻。UC是总充电电压，I是总充电电流，Ib是通过电池流动的电流，IR是通过并行电阻r流动的电流。将 e设置为每个单电池

2、电动势的总和，将r设置为每个单电池并联电阻的总和。这个方案结构复杂，体积大，分流时热量大，通用性差。平衡电流不能太大。(2)切割方法充电时，如果一个电池的充电电压超过设置值，则通过自动控制开关开机池中的电路。等效电路图图2:图2截止等效图如果电池I的充电电压超过设置值，交换机K i1将打开，Ki2将关闭。电池I断了电流IKi从Ki2通过IKi。此时，电池的总电压下降到一个电池的电压。这种方法只能防止电池超压充电，没有均衡效果。第二，使用的切断开关的负载容量随着电池容量的增加而大幅增加，不适合使用。(3)并行方法平行法是以连续连接电池的方式使用。这也是一些电池制造商和电池用户希望用小容量电池配置

3、大容量、高压电池组时使用的方法。该方法的等效电路原理图如图3所示。图3和立法等效结构1)整个串行电池组打开时电动势不匹配电池并行工作时，电动势高的电池会充电到电动势低的电池，每个电池的电动势相同，电池电流接近零。因此，并行使用的电池在电压不同的情况下，可以随时在并行组内自动平衡。由于充电和放电时能量损失，平衡后电池组的电动势必须总是小于平均电动势，串行电池组之间的一致性可能会恶化。2)整个串行电池组关闭时如果电池的电动势为0，内部组也为0，通过该电池的电流是其他两个电池的外部短路电流和串行电路电流的总和，电流很大，温度很高，很容易将该电池着火。但是电池的电动势无法与电池的容量平衡。如果每个电池

4、的容量和内部电阻不同，则充电、放电电流不同。内部电阻高，电流低。内部电阻低，电流大。这可能会导致每个电池容量不匹配。容量不匹配可能导致电池电压不匹配。这可能导致高压电池充电到低压电池的循环过程。但是我知道电池充放电过程会损失能量。因此，并行电池自动平衡的结果是并行组之间的一致性差。如果电池并排，则无法测量每个单体电池的电压，因此无法实现对电池组中每个单体电池的监视。可以看出，并行方式不能实现电池组的均衡效果。(4)能源回收方法：充电时，如果一个电池的充电电压超过设定值，则通过增压装置(例如陶瓷变压器)或储能装置(例如电容器)将该电池的部分能量送回充电电路，从而达到降低该电池的充电电压并回收能量

5、的目的。图4是对应的等效电路图。该方法有上述、方法的弊端，不适合用于电池平衡。图4能量回收方法等效电路图(5)辅助充电方法如图5所示，辅助充电方法的等效电路原理图充电原理：充电时用主充电器连接的电池组充电。充电电流大约总充电图5辅助充电方法等效电路图90%左右。同时或充电到电池容量的80%到90%时启动辅助充电器(开k)，对一个电池单独进行辅助充电。电池的充电电压达到设置后，减少或停止该电池的辅助充电(打开交换机k)。停止主充电器和辅助充电器的充电，直到所有电池的充电电压达到设置为止，直到总充电电流减少到设置的最小充电电流为止。这种方法是国外一家公司开发的产品。但实际上很难达到想要的平衡效果。

6、主要原因是辅助充电器的调节能力有限。因为辅助充电器起到了不可调节的大作用。这种方法结构复杂，体积大，成本高，适应性小，所以推广辅助充电法也不好。(6)单充电方法单个充电方法是单独充电电池或一组电池，每个(组)电池单独控制。绘画如6所示图6单充电等效原理图，即可从workspace页面中移除物件。(7)充电、放电平衡装置一些电池管理系统(BMS)专家开发了电池管理系统(BMS)，在电池充电时经常检测每个单独电池的电压，一旦单个电池电压差异达到设置，高压电池的部分能量就会转移到低压电池，在充电时每个电池完全充电和放电时，每个电池的剩馀能量几乎相同。电池能量传递方法与能量回收方法大体相似。显然，该方

7、法的弊端与上述能量回收法的危害大体相同，违反了浅、浅蓄电池的最佳使用原则。最低电池寿命比完全充电至少高1.5倍。因此，没有必要使用这种充电、放电平衡装置来调节电池平衡。非损失平衡方法更常用于多种方法，包括：(8)开关电容法：开关电容方法在两个相邻电池之间通过开关设备与电容并行工作，如图2所示。控制开关设备驱动信号PWM的占空比，实现两个相邻电池之间的能量传递。例如，当电池单体容量B1大于B2且G1处于G2关闭状态时，电容C1和电池单体B1平行，B1将能量传递给C1。G1阻塞G2打开后，容量C1与电池单体B2并行，C1将能量传递到B2，完成此周期中的能量传递。以这种方式控制开关设备的打开和关闭，

8、使用电容一个接一个地传递能量。图7开关电容等效电路图此方法损失很小，但存在以下几个问题：1.没有传感器的异常情况下不保证可靠性：只能实现电压平衡，不能实现SOC平衡。3.平衡效率低，不适合高电流充电时的快速平衡。4.相邻电池的电压很低，均衡时间会很长。(9)佩里电容法佩里电容电压均衡电路主要由佩里电容Cf、开关网络s、电压检测装置和计算机控制系统5部分组成，如图8所示。计算机控制系统通过电压检测设备实时检测每个超级电容器的工作电压，选择当前工作周期中工作电压最高的电容器Cmax和工作电压最低的电容器Cmin。在下一个工作周期中，交换机S1关闭，S2分离，电流I1从Cmax流出，S1，Cf形成环

9、路LOOP1，Cf充电，Cmax放电。当Cf的电压接近Cmax的电压时，交换机S1断开，交换机S2关闭，电流I2从Cf流出，S2，cmii形成环路LOOP2，cmii充电，Cf放电。当Cf的电压接近Cmin的电压时，开关S2断开，S1关闭。如果多次重复此过程，Cmax和Cmin之间的电压差异将越来越小，最终实现超级电容器组的电压均衡化。图8 feidu电容法等效电路图(10)DC-DC转换器方法：利用电力电子的均衡可以按结构分为集中和分散。理论上没有损失是当前电池平衡研究的主流方向。1)双向DC-DC转换器方法：此方法将双向DCDC转换器连接到每个电池单体，然后重新连接，如图9所示。电池单体电

10、压水平低，所以一般使用电池单体作为低压侧。充电电池组时，根据图10的控制策略，每个电池单体可以在一定压力下充电，如果该控制策略的电压外环打开，则可以根据一定要求进行恒流充电和放电控制。放电时连接负载较重时，某些双向DC-DC转换器的电感可能间歇性工作。图9双向DC-DC转换器结构图图10电池单体静压充电控制方块图这种均衡方法同时对所有电池单体充电，并控制不同电池单体的容量情况的充电和放电电流。该方法灵活，充放电平衡时间短。但是，每个电池单体都需要双向DC-DC转换器，因此成本很高。2)根据平衡期间，可分为充电平衡和放电平衡。在某些情况下(通常在DOD不太深的情况下)，您可能不想使用放电平衡。因

11、为电动车的应用，一般都是DOD使用80%以上，在充电和放电状态下，可防止单个电池的过量释放。在中在实际应用中，车辆用电池放电电流比充电电流大得多，放电电流达到1C，达到最大3C，要平衡这么大的电流，均衡器的性价比可能会很低，所以我们根据选择时车辆匀速30公里/H运动时的放电电流计算平衡电流。这里我们选择的均衡电流是3A。大约10%的放电电流。根据均衡器处理能量的可能流分为单向和双向平衡，使用双向转换器进行输入损耗动态调整外出方向。比较而言，双向更有利，基于平衡效率的单向均衡器，使用自组高压到单低压变换器适合放电平衡，适用于使用单低压到组高压变频器充电电力平衡。电池电力SOC估计方法第一，意义：

12、SOC是电动车辆运行过程中非常重要的参数。对于纯电动车辆，SoC数据是防止电池充电和过度配置的主要依据，只有正确估计电池组的SOC，才能有效提高纯电动车辆的使用效率，确保电池组的使用寿命，优化驾驶，提供准确的SOC，才能延长电池使用时间。二、定义：SOC=。三、目前常用的电池功率估计方法：1)安全时间法(电累积法)在充电或放电时累计电池的电源，以估计电池的SOC，并根据电池的温度、放电速度补偿SOC。计算方法：SOC0表示SOC，c表示电池额定容量，I表示充电放电电流，I表示充电放电效率。优点：简单、短时间内准确地估计SOC。缺点：无法确定开环预测、初始SOC和累积错误的问题越来越大。2)断路

13、电压法在不同放电电流情况下，通过实验方法，描述电池末端电压与电池剩余能量的关系曲线，存储特性关系曲线。考虑到电池的使用寿命和内部电阻对电池SOC的影响，在电池放电时实时采样末端电压以补偿剩馀电池能量。优点：简单易行。缺点：但是电池必须固定很长时间，不能满足在线测试的要求。3)阻抗法(内阻法)有人建议，充电状态(SOC)影响电池的交流阻抗，因此可以使用电阻值来估计SOC。用不同频率的交流电源激励电池，测量电池内部交流电阻，通过设置的计算模型获得SOC估计值。优点：反映特定恒流放电条件下电池的SOC值。缺点：根据此SOC，您必须判断电池可持续发射的电量，并考虑后放电速度的实际情况。此外，由于电池S

14、OC和电阻参数之间的复杂关系，传统数学方法难以建模，并且有很多因素可以改变内部电阻，例如温度、充电放电电流、SOH等。在SOC40%中，阻抗几乎没有变化。4)卡尔曼滤波方法使用系统和测量动态知识、假定的系统噪音和测量误差的统计特性、初始条件信息处理测量，并获得系统状态的最小误差估计。电动车用电池组，可以看作是由输入和输出组成的动态系统。在了解系统的先验知识的前提下，建立了系统的状态参数方程，利用输出的验证作用，得到了系统中无法直接测量的内部参数估计，包括充电状态。基于电池等效电路模型，建立了系统的状态方程和测量方程。为了估计电池充电状态，根据电池组放电测试数据，使用卡尔曼滤波算法估计电池组的开路电压。优点：根据收集的电压电流，可从递