电池管理系统总结

关于锂电池管理系统的总结1.电动汽车对电池性能提出了一些要求：（1）能量密度高，用来提高运行效率和续航里程。（2）输出功率密度高，用来满足驾驶性能要求。（3）工作温度范围广，用来满足夏季高温、冬季低温的运行要求。（4）循环寿命长，保证电池的使用年限。（5）能在非完全放电的情况下满足充电的需要。（6）自放电率小，能满足车辆的较长时间的搁置需求。以上只是对电池提出的比较基本的性能要求，还有其他的性能要求，比如：安全性、可靠性等等，这些要求是通过电池的管理系统来实现。所以就要求电池有一套比较好的、完善的管理系统来延长电池的寿命,来延缓电池性能的衰减。2.电池管理系统的基本功能：这就要求电池管理系统必须实现以下的基本功能：（1）单体电池电压的检测（2）电池温度的检测（3）电池组工作电流的检测（4）绝缘电阻的检测（5）冷却风机的控制（6）电池组SOC的估测电池管理系统电池状态检测电池状态分析电池安全保护能量控制管理电池信息管理电池电压检测电池电流检测温度检测电池剩余电量评估电池老化程度评估过流保护过充放保护过温保护电池充电控制管理电池放电控制管理电池均衡控制管理电池信息的显示系统内外信息交互电池历史信息储存（7）电池故障分析及在线报警（8）与车载控制器通讯，为整车控制提供必要的电池状态信息（9）与车载显示设备通讯，告知司驾人员相关的电池状态和故障信息（10）与充电机通讯，实现电池组的安全充电3.电池管理系统的整体框架（1）电池管理系统结构图如1-1所示1-1电池管理系统结构图（2）电池管理系统分为主控和测控模块其主控和测控原理框图如1-2、1-3所示。1-2电源管理系统主控原理框图1-3电源管理系统测控原理框图从这些原理框图我们不难看出，整体结构大致分为以下五部分。【1】数据采集：数据采集是电池管理系统中最重要和最基本的功能，SOC估计，控制执行，安全管理等都是以采集到的数据为依据的。为了提高采集数据的精度，有必要对电池组的的单体电池进行数据采集，同时采样频率和数据过滤也是其中要设计的重点，采样频率可以根据电池组的电压电流和温度的历史变化数据特征采用合理的采样频率。【2】数据通信现有的电池管理通讯方式中主要还是采用CAN总线通信方式。CAN通讯是相对实时性，准确性稳定性比较高的，但有些系统内部模块采用LIN总线通信。【3】控制部分控制部分要实现的功能是控制充电过程等，其中均衡充电又是其中的重中之重，电池组有很多的大容量的单体电池串联而成，单体电池之间存在的不一致性会导致充电的不均衡，从而影响了电池的使用率。【4】剩余电量（SOC）估计电池管理系统的一个核心课题就是电池剩余电量的估计。现在的估计soc的方法有安时计量法，开路电压法，电动势法，内阻法，神经网络法，卡尔曼滤波法，模糊预测法等。电池的非线性使得估计难以建立精确的数学模型，同时估计还要考虑电池的环境温度，使用寿命，车辆停放时间等因素。【5】安全管理其包括热管理、绝缘检测等，单体电池压力检测等电池的最佳工作温度是25—40℃，温度的变化会使得电池的一系列特性发生变化，直接影响电池使用寿命和安全。现有的热管理一般针对所测温度对空调系统做出相应的动作，温度过高时要有效散热，低温时要快速加热。4.在电池管理系统中面对的问题：（1）串联使用，电动汽车用的电池是有很多的单体电池来串联，容量比较大，要求每个单体电池之间的一致性高，解决安全性问题的难度度加大，即均衡性问题。（2）能够显示剩余电量，比较准确的计算行驶的里程，即剩余电量问题（S0C）。（3）运行环境比较恶略，当车辆在雨天运行或运行颠簸，电池要有好的绝缘，抗震动、抗冲击的功能，即绝缘性问题。（4）电池运行时的温度及其周围环境温度的变化，要求电池有一套比较完善的散热系统，即温度问题。等等，这些都是电池管理系统要解决和完善的问题。这就要求对每一个单体电池进行比较精确的、实时的监控和检测，然后通过内网络及时的、传送给外网络，然后外网络再将汽车的整体状态反馈给内网络，实现内外网络的很好的交互。所以，一辆电动汽车或其他的电动力工具的核心之一就是电池，评价电动力工具的的好坏的标准之一就是电池，而电池的核心技术是电池的管理系统。电池的管理系统正是人们难以突破的难点。电池管理系统技术的突破之日就是电动力工具普及之时。5.目前电池管理系统中主要的技术难点目前的电池管理系统的技术：在系统的检测精度、可靠性和耐久性等方面取得了一定的进步，但是对电池的状态估算，电池性能的影响因素和有效利用、成组电池的充电方法、电池的热管理等方面还缺少研究。而且上述所说的均衡性、剩余电量等这些问题正是主要解决的技术难点。（1）均衡性问题电动汽车上使用的电池是很多块单体电池串联而成，因为单体电池的电压较高的也只有3.75V，所以单体电池并不能满足要求，这就需要很多的单体电池串联成电池组，均衡性问题也就伴随而来，每一块单体电池的容量和内阻都会有差别，即使是同一批次出厂的同一型号的电池也会有这个问题。下面一个图片是蓄电池组工作四年后的容量测试结果图。此图就很好的说明了电池均衡性管理的不好会严重缩短电池的寿命。现在使用的电池均衡性管理的方法主要有涓流充电均衡法，电阻并联均衡法，放电均衡法，电容均衡法。【1】涓流充电法在电池快要结束充电的时候，已经有部分电池充满，这时改用小电流继续充电，已经充满的电池将部分化学能转换成热能，影响不大，而没有充满的电池可以继续接受电能，直到充满。经过较长时间的涓流充电之后，所有的电池都会满充，从而实现均衡。但是这种方法需要很长的时间，而且在充电过程损失了较多的能量并且不能实现放电管理。【2】电阻并联均衡法串联电路中每一个单体都并联上一个大电阻，电压较高的会在电阻上消耗多余的能量，在充电检测单体电压时，如果某节电池到达电压上限时，导致与其并联的电阻均衡装置的开关闭和形成回路，降低其电压达到均衡值。这种方法电路简单，但是也会带来较多的能量消耗。【3】放电均衡法充电之前通过同一个负载对每一个单体循环放电直到同一个值，然后再用恒流充电，虽然可以在再放电后达到一致性，但是在充电过程中又会出现新的单体不均衡现象。这几种方法是比较常用的，但是其电路都存在较大的能量损耗和不足。（2）剩余电量问题（SOC）SOC即电池在一定放电倍率下，剩余电量与相同条件下额定容量的比值。如果能够比较精确的计算SOC的值则可以有以下几大优点：【1】能够防止电池过充或过放，保护电池及延长电池寿命【2】能够充分发挥电池的潜能，增加电动力车的行驶里程，避免电池使用保守策略产生的电池能源浪费而降低整车性能。【3】在充分发挥电池潜能的前提下，就不需要过多的考虑电池余量问题，可大幅度电动力车的经济价值。【4】在电动力车行驶过程中，可以帮助驾驶员更准确的判断车况以及继续行驶时间，方便充电和维护。SOC估算的影响因素比较多，所以不容易准确实现。目前的方法有安时计量法法、开路电压法、内阻法、卡尔曼滤波法、神经网络法。其中安时计量法是最常用的方法。所谓的安时计量法就是将电池看做一个整体（不考虑电池内部结构，状态等方面的变化），以安培小时为单位，对进入和输出电池的电流求积分来记录电池能量，此法比较简单，操作方便。其数学模型就是，如果电池充放电起始状态为SOC0，则电池当前SOC计算公式为SOC=S0C0±1𝐶∫𝜂𝐼dt𝑡0其中，C为额定容量，I为电池电流，𝜂为充放电效率不是常数。其缺点是若电流测量精度不高，那么随着时间的推移，SOC累计误差将会不断加大，并影响最终结果。如果电池处于高温或电池电流波动大的状态下，计量结果将存在较大的误差。而绝缘性检测问题，温度问题等这些问题现在都有比较好的解决方案，比如绝缘监测方面有辅助电源法，电流传感法，解决温度方面有强制风冷法。这些方法都取得了比较好的效果。6.看过这些研究论文之后，我对电池管理系统有了一个比较直观的、一定程度的认识，对电池的整体结构及各个分支结构有了一定的了解，对现在的技术所不能解决的难点也有了清晰的掌握，而这些难点也正是我们研究的对象，今后我们要对这些难点进行思考和研究，对那些已经实现的技术进行改进使之更好，功能更强。但是解决这些的前提是我们要有很好的专业基础，所以在此过程中我们要不断地学习，不断地充实自己。所谓“磨刀不误砍柴工”，“工欲善其事必先利其器”，要搞清楚先后关系，要有好的专业理论知识为前提再去搞研究，才会达到事半功倍的效果。通过别人对这些电池管理系统的研究，我们可以知道电池管理系统是电池的灵魂，就像是一个庞大的、工作很有秩序的中枢系统，而它的强弱好坏直接决定着电池的寿命，电池的寿命短，性能差既浪费资源，又会造成较多方面的负面影响，所以我们要专注与对电池管理系统的研究，争取早日突破这些技术难点。当然问题是随着研究的进行而不断出现的，所以研究的过程会不断地的遇到这样那样的问题，而发现问题，解决问题正是研究人员存在的价值，越是认为不可能的东西，就越具有研究的价值。