引言電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem,BMS)是用來(lái)對(duì)蓄電池組進(jìn)行安全監(jiān)控及有效管理,提升蓄電池使用效率的裝置。對(duì)于電動(dòng)車(chē)輛而言，經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)對(duì)電池組充放電的有效控制，能夠到達(dá)增長(zhǎng)續(xù)駛里程，延長(zhǎng)使用壽命，降低運(yùn)營(yíng)成本的目的，并確保動(dòng)力電池組應(yīng)用的安全性和可靠性。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)已經(jīng)成為電動(dòng)汽車(chē)不可缺乏的關(guān)鍵部件之一。本章將要點(diǎn)簡(jiǎn)介動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的構(gòu)成、功能和工作原理。學(xué)習(xí)內(nèi)容1.掌握動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的功能2.掌握動(dòng)力電池管理系統(tǒng)電壓、電流、溫度等參數(shù)采集措施3.掌握動(dòng)力電池電量管理、電安全管理、均衡管理、熱管理等的實(shí)現(xiàn)措施電池管理系統(tǒng)的功能數(shù)據(jù)采集、電池狀態(tài)計(jì)算、能量管理、安全管理、熱管理、均衡控制、通信功能和人機(jī)接口充電負(fù)載放電--一功率流信號(hào)流電電池組均衡電壓電流溫度繼電器數(shù)據(jù)采集安全管理狀態(tài)計(jì)算能量管理接接口熱管理人機(jī)接口※(1)繼電器陣列法耦、多路模擬開(kāi)關(guān)度要求也高的場(chǎng)合使用12繼電器陣列2繼電器陣列(2)恒流源法■構(gòu)成：運(yùn)放和場(chǎng)效應(yīng)管組合構(gòu)成減法運(yùn)算高，具有很好的實(shí)用性。00++++4+(3)隔離運(yùn)放采這部分重復(fù)49次集法這部分重復(fù)49次單片機(jī)控制電路7單片機(jī)控制電路7充放電控制采集精度高，可充放電控制9較高6622(4)壓/頻轉(zhuǎn)換器、選擇電路和運(yùn)算放大電路振蕩器中具有電容器，而電容器的相對(duì)誤差一般都比較大，而且電容越大相對(duì)誤差也越大※(5)線性光耦合放大電路采集法能力和抗干擾能力，還使模擬信號(hào)在傳播過(guò)程※(1)熱敏電阻采集法征，用一種定值電阻和熱敏電阻串聯(lián)起來(lái)構(gòu)成一種分壓器，從而把溫度的高下轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換得到溫度的數(shù)字信息?！鎏攸c(diǎn)：熱敏電阻成本低，但線性度不好，而且制造誤差一般也比較大?！?2)熱電偶采集法■原理：采集雙金屬體在不同溫度下產(chǎn)生不同的熱電動(dòng)■特點(diǎn)：因?yàn)闊犭妱?dòng)勢(shì)的值僅和材料有關(guān)，所以熱電偶的精確度很高。但是因?yàn)闊犭妱?dòng)勢(shì)都是毫伏等級(jí)的信號(hào)，所以需要放大，外部電路比較復(fù)雜?！?3)集成溫度傳感器采集法字系統(tǒng)中使用。電池工作電流采集措施互感器霍爾元件電流傳感器光纖傳感器插入損耗有無(wú)無(wú)無(wú)布置形式需插入主電路開(kāi)孔、導(dǎo)線傳入開(kāi)孔、導(dǎo)線傳入一測(cè)量對(duì)象直流、交流、脈沖交流直流、交流、脈沖直流、交流電氣隔離無(wú)隔離隔離隔離隔離使用以便性小信號(hào)放大、需控制處理使用較簡(jiǎn)樸使用簡(jiǎn)樸一使用場(chǎng)合小電流、控制測(cè)量交流測(cè)量、電網(wǎng)監(jiān)控控制測(cè)量高壓測(cè)量，店里系統(tǒng)常用價(jià)格較低低較高高普及程度普及普及較普及未普及7.2動(dòng)力電池電量管理系統(tǒng)學(xué)習(xí)目的11掌握電池SOC估算精度的影響原因22掌握精確估計(jì)SOC的作用33掌握電池SOC估計(jì)常用的算法電池電量管理是電池管理的關(guān)鍵內(nèi)容之一，對(duì)于整個(gè)電池狀態(tài)的控制，電動(dòng)車(chē)輛續(xù)駛里程的預(yù)測(cè)和估計(jì)具有主要的意義因?yàn)閯?dòng)力電池荷電狀態(tài)(SOC)的非線性，而且受到多種原因的影響，造成電池電量估計(jì)和預(yù)測(cè)措施復(fù)雜，精確估計(jì)SOC比較困難。電池SOC估算精度的影響原因※(1)充放電電流■大電流可充放電容量低于額定容量，反之亦然。※(2)溫度■不同溫度下電池組的容量存在著一定的變化?！?3)電池容量衰減※(4)自放電■自放電大小主要與環(huán)境溫度有關(guān)，具有不擬定性?！?5)一致性■電池組的一致性差別對(duì)電量的估算有主要的影響。精確估計(jì)SOC的作用1)保護(hù)蓄電池。※2)提升整車(chē)性能?！?)降低對(duì)動(dòng)力電池的要求。池性能的要求4)提升經(jīng)濟(jì)性。伴隨放電電池容量的增長(zhǎng)，電池的開(kāi)路電壓降低。能夠根據(jù)一定的充放電倍率時(shí)電池組的開(kāi)路電壓和SOC的相應(yīng)曲線，經(jīng)過(guò)測(cè)量電池組開(kāi)路電壓的大小，插值估算出電池SOC的值放電容量/A·h※(2)容量積分法容量積分法是經(jīng)過(guò)對(duì)單位時(shí)間內(nèi)，流入流出電池組的電池進(jìn)行累積.從而取得電池組每一輪放電能夠放出的電量，擬定電池SOC的變化。電池內(nèi)阻有交流內(nèi)阻(常稱(chēng)交流阻抗)和直流內(nèi)阻之分，它們都與SOC有親密關(guān)系。精確測(cè)量電池單體內(nèi)阻比較困難，這是直流內(nèi)阻法的缺陷。在某些電池管理系統(tǒng)中，內(nèi)阻法與Ah計(jì)量法組合使※(4)模糊邏輯推理和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法模糊邏輯接近人的形象思維方式，擅長(zhǎng)定性分析和推理，具有較強(qiáng)的自然語(yǔ)言處理能力；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用分布式存儲(chǔ)信息，具有很好的自組織、自學(xué)習(xí)能力。共同的特點(diǎn)：均采用并行處理構(gòu)造，可從系統(tǒng)的輸入、輸出樣本中取得系統(tǒng)輸入輸出關(guān)系。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法合用于多種電池，其缺陷是需要大量的參照數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，估計(jì)誤差受訓(xùn)練數(shù)據(jù)和訓(xùn)練措施的影響很大。(5)卡爾曼濾波法關(guān)鍵思想：對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的狀態(tài)做出最小方差意義上的最優(yōu)估算。合用于多種電池，不但給出了SOC的估計(jì)值，還給出了SOC的估計(jì)誤差。缺陷：要求電池SOC估計(jì)精度越高，電池模型越復(fù)雜，涉及大量矩陣運(yùn)算，工程上難以實(shí)現(xiàn)該措施對(duì)于溫度、自放電率以及放電倍率對(duì)容量的影響考慮的不夠全方面。7.3動(dòng)力電池的均衡管理學(xué)習(xí)目的11掌握能量耗散型均衡管理22掌握非能量耗散型均衡管理33電池均衡管理系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問(wèn)題寶馬企業(yè)ActiveE混合動(dòng)力汽車(chē)即采用了由PrehGmbH企業(yè)提供的帶有能量耗散式均衡均衡系統(tǒng)的目的是什么?■為了平衡電池組中單體電池的容量和能量差別，提升電池組的能量利用率。均衡系統(tǒng)怎樣分類(lèi)?■能量耗散型均衡和能量非耗散型。能量耗散型均衡■主要經(jīng)過(guò)令電池組中能量較高的電池利用其旁路電阻進(jìn)行放電的方式損耗部分能量，以期到達(dá)電池組能量狀態(tài)的一致。如混合動(dòng)力汽車(chē)。能量非耗散型均衡■能量非耗散式均衡電路拓?fù)錁?gòu)造目前已出現(xiàn)諸多種，本質(zhì)上均是利用儲(chǔ)能元件和均衡旁路構(gòu)建能量傳遞通道，將其從能量較高電池直接或間接轉(zhuǎn)移至能量較低的電池能量耗散型均衡管理經(jīng)過(guò)單體電池的并聯(lián)電阻進(jìn)行充電分流從而實(shí)現(xiàn)均衡電路構(gòu)造簡(jiǎn)樸，均衡過(guò)程一般在充電過(guò)程中完畢因?yàn)榫怆娮柙诜至鞯倪^(guò)程中，不但消耗了能量,而且還會(huì)因?yàn)殡娮璧陌l(fā)燒引起電路的熱管理問(wèn)題只適合在靜態(tài)均衡中使用，其高溫升等特點(diǎn)降低了系統(tǒng)的可靠性，不合用于動(dòng)態(tài)均衡僅適合于小型電池組或者容量較小的電池組。能量耗散型均衡管理恒定分流電阻均衡充電電路■可靠性高，分流電阻的值大，經(jīng)過(guò)固定分流來(lái)減小因?yàn)樽苑烹娫斐傻膯误w電池差別,能量損失大■一般在能夠及時(shí)補(bǔ)充能量的場(chǎng)合合用能量耗散型均衡管理開(kāi)關(guān)控制分流電阻均衡充電電路■工作在充電期間，能夠?qū)Τ潆姇r(shí)單體電池電壓偏高者進(jìn)行分流，分流電阻經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)控制■當(dāng)單體電池電壓到達(dá)截止電壓時(shí)，阻止其過(guò)充并將多出的能量轉(zhuǎn)化成熱能■因?yàn)榫鈺r(shí)間的限制，造成分流時(shí)產(chǎn)生的大量熱量需要及時(shí)經(jīng)過(guò)熱管理系統(tǒng)耗散，尤其在容量比較大的電池組中愈加明顯非能量耗散型均衡管理※(1)能量轉(zhuǎn)換式均衡經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)，將電池組整體能量對(duì)單體電池進(jìn)行能量補(bǔ)充，或者將單體電池能量向整體電池組進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。均衡充電裝置均衡充電裝置主充電器主充電器非能量耗散型均衡管理(2)能量轉(zhuǎn)移式均衡利用電感或電容等儲(chǔ)能元件，把電池組中容量高的單體電池，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能元件轉(zhuǎn)移到容量比較低的電池上7.4動(dòng)力電池的熱管理學(xué)習(xí)目的11掌握動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能22了解電池內(nèi)傳熱的基本方式33了解電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)自燃事件頻出，究其原因主要與電池管理系統(tǒng)的熱管理有關(guān)。因?yàn)檫^(guò)高或過(guò)低的溫度都將直接影響動(dòng)力電池的使用壽命和性能，并有可能造成電池系統(tǒng)的安全問(wèn)題，而且電池箱內(nèi)溫度場(chǎng)的長(zhǎng)久不均勻分布將造成各電池模塊、單體間性能的不均衡，所以電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對(duì)于電動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力電池系統(tǒng)而言是必需的?？煽?、高效的熱管理系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)車(chē)輛的可靠安全應(yīng)用意義重大。動(dòng)力電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功能①電池溫度的精確測(cè)量和監(jiān)控；②電池組溫度過(guò)高時(shí)的有效散熱和通風(fēng)；③低溫條件下的迅速加熱；④有害氣體產(chǎn)生時(shí)的有效通風(fēng)；⑤確保電池組溫度場(chǎng)的均勻分布。電池內(nèi)傳熱的基本方式熱傳導(dǎo)電極、電解液、集流體等都是熱傳導(dǎo)介質(zhì)。對(duì)流換熱■電池表面的熱量經(jīng)過(guò)環(huán)境介質(zhì)(一般為流體)的流動(dòng)互換熱量，和溫差成正比輻射換熱按照傳熱介空冷系統(tǒng)又種電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)按照是否有內(nèi)部加熱或制冷裝置可分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種被動(dòng)加熱與散熱-外部空氣流通車(chē)輛冷卻車(chē)輛冷卻回流被動(dòng)加熱與散熱-內(nèi)部空氣流通主動(dòng)加熱與散熱-外部和內(nèi)部空氣流通電池組熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)1電池列間添加電熱膜品品品品品7.5動(dòng)力電池的電安全管理及數(shù)據(jù)通訊學(xué)習(xí)目的11掌握動(dòng)力電池電安全管理系統(tǒng)的功能22了解電池內(nèi)煙霧報(bào)警方式33了解電池組絕緣檢測(cè)措施44了解動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)電動(dòng)車(chē)輛動(dòng)力電池系統(tǒng)電壓常用的有288V、336V、384V以及544V等，已經(jīng)大大超出了人體能夠承受的安全電壓電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池系統(tǒng)電氣絕緣性能是電安全管理主要的內(nèi)容，絕緣性能的好壞不但關(guān)系到電氣設(shè)備和系統(tǒng)能否正常工作，更主要的是還關(guān)系到人的生命財(cái)產(chǎn)安全。動(dòng)力電池電安全管理系統(tǒng)的功能主要涉及煙霧報(bào)警、絕緣檢測(cè)、自動(dòng)滅火、過(guò)電壓和過(guò)電流控制、過(guò)放電控制、預(yù)防溫度過(guò)高、在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電池等功能。部件的耐振動(dòng)、耐沖擊、耐跌落、耐鹽霧等強(qiáng)度要求,確?？煽繎?yīng)用。級(jí)包的高壓斷電保護(hù)、過(guò)流斷開(kāi)保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、過(guò)充電保護(hù)等功能。在車(chē)輛行駛過(guò)程中因?yàn)槁窙r復(fù)雜及電池本身的工藝問(wèn)題，可能因?yàn)檫^(guò)熱、擠壓和碰撞等原因而造成電池出現(xiàn)冒煙或著火等極端惡劣的事故，若不能雖然發(fā)覺(jué)并得到有效處理，勢(shì)必造成事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)周?chē)姵?、?chē)輛以及車(chē)上人員構(gòu)成威脅，嚴(yán)重影響帶車(chē)輛運(yùn)營(yíng)的安全性。動(dòng)力電池管理系統(tǒng)中煙霧報(bào)警的報(bào)警裝置應(yīng)安裝于駕駛員控制臺(tái)，在接受到報(bào)警信號(hào)時(shí)，迅速發(fā)出聲光報(bào)警和故障定位，確保駕駛員能夠及時(shí)發(fā)覺(jué)，能接受報(bào)警器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)。因?yàn)闊熿F的種類(lèi)繁多，一種類(lèi)型的煙霧傳感器不可能檢測(cè)全部的氣體，一般只能檢測(cè)某一種或兩種特定性質(zhì)的煙霧。在動(dòng)力電池上應(yīng)用，需要在了解電池燃燒產(chǎn)生的煙霧構(gòu)成的基礎(chǔ)上進(jìn)行傳感器的選擇。一般電池燃燒產(chǎn)生大量的CO和CO?,所以能夠選擇對(duì)這兩種氣體敏感的傳感器。在傳感器的構(gòu)造上需要適應(yīng)于車(chē)輛長(zhǎng)久應(yīng)用的振動(dòng)工況，預(yù)防因?yàn)槁访婊覊m、振動(dòng)引起的傳感器誤動(dòng)作。煙霧報(bào)警實(shí)例顯示板：12路警信號(hào)人人個(gè)人人報(bào)警器：煙霧檢測(cè)輸出報(bào)警信號(hào)報(bào)警器：煙霧檢測(cè)報(bào)警器：煙霧檢測(cè)輸出報(bào)警信號(hào)車(chē)載煙塵報(bào)警系統(tǒng)的構(gòu)造※(1)漏電直測(cè)法者地)之間，可檢測(cè)到電池組負(fù)極對(duì)殼體之間的漏電流■將萬(wàn)用表打到電流檔，串在電池組負(fù)極與殼體之間檢測(cè)電池組正極對(duì)殼體之間的漏電流?！鲈摯胧┖?jiǎn)樸易行，在現(xiàn)場(chǎng)故障檢測(cè)、車(chē)輛例行檢驗(yàn)中※(2)電流傳感法流傳感器，當(dāng)沒(méi)有漏電流時(shí)，從正極流出的電流等于返回到電源負(fù)極的電流，所以，穿過(guò)電流傳感器的電流為零，電流傳感器輸出電壓為零，當(dāng)發(fā)生漏電現(xiàn)象時(shí)，電流傳感器的輸出電壓不為零。根據(jù)該電壓的正負(fù)能夠進(jìn)一步判斷該漏電電流是來(lái)自于電源正極還是工作狀態(tài)，要有工作電流的流入和流出，它無(wú)法在系統(tǒng)空載的情況下評(píng)價(jià)電池系統(tǒng)對(duì)地的絕緣性能?！?3)絕緣電阻表測(cè)量法電路測(cè)量措施SRRR十R′R_R′R?R動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是電池管理系統(tǒng)的主要構(gòu)成部分之一。電池管理系統(tǒng)內(nèi)部主控板與檢測(cè)板之間的通信電池管理系統(tǒng)與車(chē)載主控制器、非車(chē)載充電機(jī)等設(shè)備間的通信在有參數(shù)設(shè)定功能的電池管理系統(tǒng)上，還有電池管理系統(tǒng)主控板與上位機(jī)的通信?！鵆AN通信方式是現(xiàn)階段電池管理系統(tǒng)通信應(yīng)用的主流RS232、RS485總線等方式在電池管理系統(tǒng)內(nèi)部通信中也有應(yīng)用。動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)實(shí)例充電機(jī)車(chē)載儀表車(chē)載儀表手持手持設(shè)備主控模塊檢測(cè)模塊2檢測(cè)模塊1檢測(cè)模塊10檢測(cè)模塊2檢測(cè)模塊1cA2風(fēng)機(jī)線cA2風(fēng)機(jī)線溫度線電壓線CAz、風(fēng)機(jī)議溫度線電壓線風(fēng)機(jī)線電壓線端子排手動(dòng)檢測(cè)設(shè)備電池組+電流電流電流+電池組電池箱1電池箱2電池箱1純電動(dòng)客車(chē)電池管理系統(tǒng)通信方式示意圖動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)模塊2模塊4模塊2模塊4模塊5內(nèi)部總線模塊3電池測(cè)控模塊8理系統(tǒng)的構(gòu)造理系統(tǒng)的構(gòu)造模塊7模塊7系統(tǒng)電機(jī)控制器電機(jī)控制器整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)250整車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)250kbps模塊2電池測(cè)控模塊2電池測(cè)控模塊3電池測(cè)控模塊8模塊4模塊5內(nèi)部總線電池管理系模塊模塊10充電車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控室充電車(chē)載監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控室電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證訓(xùn)操質(zhì)1.鞏固車(chē)用電池電源管理系統(tǒng)的功能、原理和構(gòu)2.熟悉車(chē)用電池電源管理系統(tǒng)功能測(cè)試操作流程93.鞏固車(chē)用電池電源管理系統(tǒng)性能特點(diǎn)；4.能根據(jù)測(cè)試成果分析車(chē)用電池電源管理系統(tǒng)是否有功能故障及故障原因。電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證二、試驗(yàn)設(shè)備1.XP-EVBT400-150型動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)；2.車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池；3.車(chē)用鋰離子動(dòng)力電池管理系統(tǒng)；5.萬(wàn)用表、絕緣扳手、絕緣手套等工具及護(hù)具若電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證三、操作環(huán)節(jié)及工作要點(diǎn)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)驗(yàn)證1.準(zhǔn)備工作按要求連接X(jué)P-EVBT400-150型動(dòng)力電池測(cè)試系統(tǒng)的電源柜和采樣柜、動(dòng)力電池包、電源管理系統(tǒng)。2.確認(rèn)電池管理系統(tǒng)觸摸顯示屏與主控箱正確連接，接通電池管理系統(tǒng)輔助電源，此時(shí)會(huì)聽(tīng)到電池管理系統(tǒng)主控箱中繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作聲音。電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證3.輔助電源接通后電源管理系統(tǒng)開(kāi)始工作，觸摸顯示屏將顯示電池有關(guān)參數(shù)。電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證4.經(jīng)過(guò)觸摸屏上的按鈕“電池信息”查看電池的參數(shù)。電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證5.查看和統(tǒng)計(jì)電池管理系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)和保護(hù)限值參數(shù)電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證采用圖形化界面查看時(shí)系統(tǒng)界面和圖標(biāo)闡明圖標(biāo)說(shuō)明描述單體電池過(guò)壓描述單體電池過(guò)壓?jiǎn)误w電池欠壓前SOC過(guò)低報(bào)警菜單電池信息充電機(jī)電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證6.查看電池管理系統(tǒng)與充電機(jī)之間的通訊情況電動(dòng)汽車(chē)電源管理系統(tǒng)功能試驗(yàn)與驗(yàn)證7.配置充電控制參數(shù)