动力电池管理系统(BMS)的基本功能(二)

大家好!接上一篇动力电池管理系统(BMS)的基本功能(一),今天继续为大家讲述BMS是能量控制管理和电池信息管理。

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四、 能量控制管理

能量控制管理常被归入电池“优化管理”的范畴, 即它不属于电池管理系统基本的、 必备的功能, 以往有许多电池管理系统并不参与电池的充、 放电管理, 也不具备均衡控制管理的功能。 在能量管理中, 电流、 电压、 温度、SOC、 SOH等参数作为输入用来完成以下功能: 控制充电过程, 包括均衡充电, 用 SOC、 SOH和温度限制电源系统的输入、 输出功率与能量; 放电过程的监控与管理。

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(一) 电池的充电控制管理

电池的充电控制管理, 是指电池管理系统在电池充电过程中对充电电压、充电电流等参数进行实时的优化控制, 优化的目 标包括充电时长、 充电效率以及充电的饱满程度等。

(二) 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, 这一项功能在以往某些系统中常被忽视, 在这些简单的系统中, 电池包被认为只需要提供电能, 不产生安全问题即可。

然而, 在一个较为先进和完善的系统中, 加入了放电控制管理的功能, 可以使动力电池组发挥更大的效能。 例如, 在动力电池组剩余容量小于10%的状态下, 如果能适当地限制电池组的最大放电电流大小,尽管会对汽车的最高速度产生影响, 但这有利于延长车辆的续航里程,更为重要的是, 这有利于延长动力电池组的寿命。

另外, 制动能量回收常常也是能量控制管理的重要内容之一。 例如,在某些混合动力汽车中, 需要通过充放电控制管理把电池的荷电状态维持在60%~80%, 以腾出足够的电荷容量空间来接收来自于制动而回收的能量。 这样做的另外一个考虑就是使电池工作在等效内阻较小的一个区间, 从而使充放电的效率更高。

(三) 电池的均衡控制管理

电池的均衡控制管理, 是指采取一定的措施尽可能降低电池不一致性的负面影响, 以达到优化电池组整体放电效能, 延长电动汽车电池组整体寿命的效果。电池的均衡控制管理又分为主动均衡和被动均衡,关注锂电草堂,后期与大家单独分享一篇关于主动均衡和被动均衡的文章。

五、 电池信息管理

电池管理系统与动力设备的通信是其重要功能之一。 由于电动汽车动力电池组中电池的个数往往较多, 每秒钟都将产生大量的数据, 这些数据, 有些需要通过仪表告知驾驶员, 有些需要通过通信网络传送到电池管理系统以外(如整车控制器、 电机控制器等) , 也有一些需要作为历史数据被保存到系统中。 根据应用需要, 数据交换可采用不同的通信接口, 如模拟信号、 PWM信号、 CAN总线或l2C 串行接口。 某些BMS还有远程通信功能, 将电源系统的数据传输到远程终端。

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(一) 电池信息的显示

电池管理系统通常通过仪表把电池状态信息显示出来, 告知驾驶员或汽车维修人员。 需要显示的信息通常包括以下三类:

第一, 实时电压、 电流、 温度信息。 由于汽车上的电池个数较多, 因此,不需要将每个电池的信息都进行显示, 通常只需要把整个电池组的总电压、总电流、 最高电池电压、 最低电池电压、 最高电池温度、 最低电池温度等信息反映在仪表上。

第二, 电池剩余电量信息。 这好比传统汽车上的油量表, 反映电池剩余电量的百分比。 为了使驾驶员获得更为直观的感受, 通常也会把剩余行驶里程的估算值显示在仪表上。

第三, 告警信息。 当电池组存在安全问题或即将发生安全问题的时候, 需要及时通过仪表通知驾驶员。 此时, 往往还需要配合声音告警等多种其他手段来引起驾驶员的及时注意。

(二) 系统内外信息的交互

先进的电动汽车控制, 离不开动力信息通信网络。 对于电池管理系统而言,往往同时具有“内网”和“外网”两级网络。 其中, 内网用于传递电池管理系统的内部信息, 例如, 在一个分布式电动汽车电池管理系统中, 所有的动力电池先被划分为若干个“小组”, 各小组由一块电路板进行管理, 各小组的电路板通过内网将每个电池的具体信息传至电池管理系统的主电路板。同时, 外网用于电池管理系统与整车控制器、 电机控制器等其他部件交互信息。 外网应该是双工(支持双向通信) 的。 一方面, 电池管理系统需要将电压、 电流、 温度等信息发送给其他部件; 另一方面, 整车控制器也需要将“是否有充电机接入” 、 “是否允许进行充电” 等信息发送给电池管理系统。

(三) 电池历史信息存储

历史信息存储并非电池管理系统所必需的功能, 但在先进的动力电池管理系统中往往考虑这项功能。 信息存储从时效上具有两种方式. 即“临时存储” 与“永久存储” 。 其中临时存储是利用RAM, 暂时保存电池信息, 例如, 暂存上一分钟估算所得的剩余电量及在过去一分钟内电流的变化信息, 以便估算出此时此刻电池的剩余容量值; 永久存储可利用EEROM、 Flash Memor等器件来实现, 可保存时间跨度较大的历史信息。

进行电池历史信息存储具有以下几个方面的意义:

第一, 数据缓冲, 提高分析估算的精度。 例如, 由于存在干扰, 实时监测到的电压、 电流的数值存在错误, 利用历史数据, 有助于对可能存在错误数据进行滤波, 以得到更精确的数据。

第二, 有助于电池状态分析。 特别是能根据一段时间电池的历史数据, 对电池的老化状态等进行评估。

第三, 有助于故障分析与排除。 电池历史信息存储功能类似于飞机的黑匣子, 当电动汽车发生故障以后, 可以通过对历史数据的分析发现故障原因, 利于故障排除。

六、 热管理

动 力 电 池 热 管 理 ( Battery Thermal Management System, BTMS) 是汽车动力电池系统的重要组成部分,它不仅对电池性能、 寿命、 安全等有重要影响, 而且它是电动汽车整车热管理的重要组成部分, 与整车热管理有着密不可分的关系。 对大功率放电和高温条件下使用的电池组, 电池的热管理尤为必要。

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 热管理的功能是在电池温度较高时进行有效散热, 防止产生热失控事故; 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; 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。

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