电池管理系统主要是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。电动汽车电池管理系统主要用于对电动汽车的动力电池参数进行实时监控、故障诊断、SOC值估算、续驶里程估算、短路保护、漏电监测、显示报警、充放电模式选择等,并通过CAN总线的方式与整车控制器或充电机进行信息交互,保障电动汽车高效、可靠、安全运行,并保证在车辆使用过程中的安全。 1.典型电池管理系统具备的功能典型的电池管理系统应具备以下功能(1)实时采集电池系统运行状态参数实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流以及电池组总电压等。由于电池组中的每块电池在使用中的性能和状态不一致,因而对每块电池的电压、电流和温度数据都要进行监测。 (2)确定电池的SOC值准确估计动力电池组的SOC值,从而随时预报电动汽车储能电池还剩余多少能量或储能电池的SOC值,使电池的SOC值控制在30%~70%的工作范围。 (3)故障诊断与报警当蓄电池组电量或能量过低需要充电时,及时报警以防止蓄电池过放电而损害电池的使用寿命;当蓄电池组的温度过高,非正常工作时,及时报警,以保证蓄电池正常工作(4)电池组的热平衡管理电池热管理系统是电池管理系统的有机组成部分,其功能是通过风扇等冷却系统和热电阻加热装置使电池温度处于正常工作温度范围内。 (5)一致性补偿当电池之间有差异时,有一定措施进行补偿,保证电池组表现能力更强,并有一定的手段来显示性能不良的电池位置,以便修理替换。 般采用充电补偿功能。设计有旁路分流电路,以保证每个单体都可以充满电,这样可以减缓电池老化的进度,延长电池的使用寿命。 (6)通过总线实现各检测模块和中央处理单元的通信在电动汽车上实现电
池管理的难点和关键在于如何根据采集的每块电池的电压、温度和充放电电流的历史数据,建立确定每块电池剩余能量的较精确的数学模型,即准确估计电动汽车蓄电池的SOC值。
2.实例如图2-20所示为某电动汽车动力电池管理系统所具备的基本功能框图。
(1)电池状态监测电池状态监测一般是对电池电压、电流及温度的监测其中温度包括电池温度、电池箱的温度和环境温度。电池状态监测是电池管理系统最基本的功能,它是其他各项功能的前提与基础。
(2)电池状态分析电池状态分析包括电池的剩余电量评估和电池的老化程度评估。剩余电量评估是动力电池管理系统中最重要的功能之一,系统中的许多其他功能都依赖于剩余电量评估的结果。剩余电量常用荷电状态(SOC)来表示,SOC是指电池中剩余电荷的可用状态,一般用百分比来表示,即电池中剩余的电荷容量与电池的标称电荷容量之比。电池的老化程度也常用一个百分比来反映,也就是说,如果一个电池在“新”的时候的最大容量为1,那么经过多次循环以后,电池所能装载的最大容量相对于“新”的时候的百分比。
(3)电池安全保护电池安全保护是电动汽车电池管理系统首要的、最重要的功能,过流保护、过充过放保护、过温保护是最为常见的电池安全保护的内容。过流保护指的是在充、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。过充保护是指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的电池损坏,而采取切断电池的充电回路的保护措施。另外,在电池的荷电状态为0的情况下,若继续对电池进行放电,也会对电池造成损坏,此时应采取措施,切断电池的放电回路,这就是过放保护。过温保护是当温度超过一定限值的时候对动力电池采取保护性的措施,过温保护需要考
虑环境温度、电池组的温度以及每个单体电池本身的温度。
(4)能量管理控制能量管理控制包括电池的充电控制管理、电池的放电控制管理和电池的均衡控制管理。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。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。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的负面影响,以达到优化电池组整体放电效能,延长电池组整体寿命的效果。
(5)电池信息管理电池信息管理包括电池的信息显示、系统内外信息的交互和电池历史信息储存。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。需要显示的信息通常包括实时电压、电流、温度信息,电池剩余电量信息和告警信息。先进的电动汽车控制,离不开车载信息通信网络。对于电池管理系统,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,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息。历史信息储存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。历史信息储存可以提高分析估算的精度,有助于电池状态分析,有助于故障分析和排除。
