《浅谈电池成组技术》-众泰新能源汽车

单体电池浅谈电池成组技术电池组影响电池组寿命的因素电池单体高温隐患过大电流电池组不一致性过充/过放短路/漏电锂电池低温性能差影响因素251463表1生产和使用过程均会造成电池性能不一致1电池组不一致性1.1影响电池成组寿命的因素1.1.1电池成组不一致性图1生产和使用过程均会造成电池性能不一致2.3电池成组不一致性■容量最小的电池被过充过放，受损后使得容量变得更小，形成恶性循环；■单体电池性能的优劣直接影响整组电池的充放电特性，电池组容量降低。图2电池成组寿命远远低于单体电池的寿命图3容量最小电池影响成组放电图4大容量单体锂电池容易产生过热■单体电池有一定的温度耐受范围，在实际应用中如果体积过大，会产生局部的过热，从而影响电池的安全和性能。2电池单体高温隐患图5磷酸铁锂电池的低温性能不佳■锂电池低温性能差，以磷酸铁锂电池低温性能为甚。3锂电池低温性能差动力电池成组技术的主要方面主要方面■分选技术■定期维护■提高电池制造工艺水平■安装技术■温度管理技术■配备优良的电池管理系统：实时监控、荷电状态计算、电气控制管理、电池均衡温度管理•电池在不同的温度下会有不同的工作性能。温度的变化会影响电池的SOC、开路电压、内阻和可用能量，甚至使用寿命。也会引起电池均衡问题。温度管理的重要性•通过车载空调器使电池工作在适当的温度范围内；降低各个电池模块之间的温度差异。温度管理的主要任务温度管理集成热管理的电池成组热管理实施方案图■电池管理系统BMS(BatteryManagementSystem)对锂离子电池电压、电流、温度、容量、荷电状态、电池与车体的绝缘状态等多种电池参数，以CAN总线通讯的方式与车控电脑实时进行信息交换，确保电池的能量发挥到极致，使驾驶者能够随时掌握电池的工作状态，以保证电池的安全。解决方案:采用BMS–电池管理系统原理图13BMS原理图采集数据处理分析输出控制信号结构■BMS包含多个处理模块：数据采集，SOC估算，电气控制，安全管控，热管理，数据通信和显示等图14BMS结构图数据通信目前数据通信主要采用的方式。可减少布线，降低内部电路复杂程度，但可靠性和抗干扰能力差。CAN总线无线通信电力载波■在采用智能电池模块时，可以选择使用无线通信方式，或者通过电力载波的方式与主控制器通信。每个BMS基本上都留有与计算机的通信接口，便于在计算机上对电池数据信息进行分析。■数据通信是BMS的重要组成部分之一。主要功能表2BMS的主要任务和输入输出动态监测动态均衡电气控制监测监测故障分级报警安全状态荷电状态电压电流温度电气控制1保护■过充保护■过放保护■过流保护图15电池循环使用区间电气控制2充电控制■锂电池常规充电法按：预充、恒流、恒压三个阶段进行图16常规充电法电压-电流曲线电气控制2充电控制图17间歇式充电法电压-电流曲线■为实现高通用性，使管理系统和外部的充电器单独工作，电池管理系统应采用间歇式充电法。均衡功能均衡从控制性的角度主动均衡被动均衡软件方案硬件方案从实现方式的角度单体间均衡单体和组之间均衡组间均衡。从被均衡对象的角度■分类1被动均衡■被动均衡，即电阻耗能式，在每一颗单体电池并联一个电阻分流，耗能均衡就是将容量多的电池中多余的能量消耗掉，实现整组电池电压的均衡。有硬件和软件两种实现方案。均衡电流很小，效果不明显，如果将均衡电流调大，会产生很高的热量，会影响元器件寿命，同时增加安全隐患。缺点电路结构简单，成本较低。优点2主动均衡■主动均衡，即能量转移式，将单体能量高的转移到单体能量低的，或用整组能量补充到单体最低电池。■主动式无损均衡，根据能量的流动方式分为集中式和分散式，这两种方式的最终目的都可以均衡整组电池。图20主动均衡充放电模型2主动均衡集中式主动均衡分散式主动均衡主动均衡■主动均衡，即能量转移式，将单体能量高的转移到单体能量低的，或用整组能量补充到单体最低电池。1分散式2主动均衡在相邻的电池之间存在一个储能环节，这个储能环节可以是电感，也可以是电容，这样就可以让能量在相邻电池之间流动，能量多的电池就可以将能量传递到能量少的电池。分散式均衡方法电容式储能电感式储能2集中式2主动均衡指从整组/单个电池获取能量，然后通过电能转换装置向能量少的电池补充电量。集中式均衡方法单向均衡双向均衡■根据均衡器处理能量的可能流向，分为：单向均衡、双向均衡。■单向型均衡器，使用自组高压到单体低压的变换器适用于放电均衡，使用自单体低压到组高压的逆变器适合充电均衡。■DC/DC单向均衡：均衡性能有限，目前量产均衡电流可以到1A。2集中式2主动均衡■DC/DC双向均衡：均衡效果理想，成本高，结构复杂适用于大型动力电池或储能站电池，目前量产均衡电流可以到5A。图25两节单体电池使用主动均衡后的收敛性曲线3两种均衡的比较■总的来说，主动均衡具有较高的性能优势，能在短时间内快速完成一致性均衡，但是成本要高出被动均衡许多。图27主动均衡充放电模型1市场需求电动自行车电动摩托车混合动力电池组纯电动汽车插电式混合动力2技术发展情况1.电池剩余电量的估算方法还存在缺陷；2.需要采集的数据量大，精度要求高；3.电池状态的非线性变化制约了SOC的预测精度；4.内部电路复杂，安全性差，抗干扰能力要求高；5.电池自身的安全性问题。BMS设计上的技术难点3市场价格水平■BMS的价格与电池包中的单体电池数量成正比。因为BMS除了必需的电池控制单元以外，针对每个电池都要有检测处理单元。1.不通用：因电池、车型不同，BMS各自单独专门设计。2.市场需求不够，未规模化生产。■价格高的原因：杭州杰能动力有限公司■隶属于众泰汽车集团，专业生产：整车控制系统、电池管理系统等新能源汽车核心零部件电池管理系统整车控制器DC/DC转换器杭州杰能动力有限公司主要产品主动均衡BMS系统杭州杰能动力有限公司BMU81芯接口145mm×98mm×39.5mm数据接收数据分析解决方案HMU16芯接口138mm×93mm×37.5mm电池组高压检测电流采集SOC计算绝缘电阻检测ABM-BMS-1M2×23芯接口204mm×128mm×40mm电池电压采集故障诊断电池均衡管理ABM-BMS-1M1S3×23芯接口360mm×128mm×40mm电池电压采集故障诊断电池均衡管理■采用集中式双向均衡的均衡策略，提供电池真正所需要的均衡。杭州杰能动力有限公司BMS产品功能监测功能故障与通讯均衡功能主动均衡均衡电流最大达5A防止过充过放提高电池利用率增加汽车行驶里程延长电池使用寿命电压2mv电流0.5%温度0.5℃绝缘电阻记录充放电次数估算电荷（SOC）状态电池故障报警与车载监控设备通讯将电池信息传输到显示器通过接口实现警示和保护功能与充电机通讯实现充电保护主动均衡BMS系统谢谢大家