BMS電池管理系統(tǒng)綜述

1、儲能電池組管理技術綜述儲能電池組管理技術綜述及要點分析及要點分析報告人：張金龍報告人：張金龍燕山大學電氣工程學院燕山大學電氣工程學院電氣工程及其自動化系電氣工程及其自動化系內(nèi)容提要 課題研究背景 電池管理系統(tǒng)(BMS)綜述 BMS工程前沿 BMS的發(fā)展前景課題研究背景EV動力電源新能源發(fā)電儲能Tesla Roadster課題研究背景智能電網(wǎng)儲能課題研究背景 BMS在蓄電池儲能系統(tǒng)中成本占仍比較高，價格較為昂貴。BMS的價格與電池組中的單體數(shù)量正相關，其成本約占電池組總成本的30%。課題研究背景 Tesla Model S底盤整個電池組的全景圖 一共有7104節(jié)18650鋰電池課題研究背景 Te

2、sla Model S底盤電池組課題研究背景 Tesla Model S底盤電池組課題研究背景 方形電池組（串并組合為整個電池箱）國內(nèi)EV較多采用的結構 常見的常見的 指標參數(shù)指標參數(shù): : 額定電壓額定電壓 .V .V容量容量 .Ah, . .Ah, .mAhmAh充放電倍率充放電倍率 0.1C, 1C. 0.1C, 1C.尺寸尺寸 18650, 2770120 18650, 2770120課題研究背景 除圓柱電芯、棱柱電芯外，還有軟包軟包(聚合物聚合物)電芯電芯課題研究背景 BMS發(fā)展現(xiàn)狀國外在BMS方面的研究成果相對顯著，主要是以集成化芯片化為特點。典型產(chǎn)品有美國Linear Techn

3、ology公司產(chǎn)的LTC/LTM系列系列電池管理芯片，美國TI公司推出的bq系列系列電池管理芯片以及美國O2 Micro公司開發(fā)的OZ890電池管理芯片等，其主要特點為體積小，集成度高，具有較強的針對性。體積小，集成度高，具有較強的針對性。BMS專用芯片主要優(yōu)勢在于多單體高精度信號采集，主要優(yōu)勢在于多單體高精度信號采集，以及單體均衡、故障報警等功能的集成，但通用性以及單體均衡、故障報警等功能的集成，但通用性差，一般只能應用于特定類型的電池組。差，一般只能應用于特定類型的電池組。課題研究背景 BMS發(fā)展現(xiàn)狀課題研究背景 科研方面主要是清華大學、同濟大學、北京交通清華大學、同濟大學、北京交通大學及

4、北京理工大學大學及北京理工大學等幾所高校取得成果較多。 產(chǎn)品開發(fā)方面，天津的中國汽車技術研究中心中國汽車技術研究中心以及力神電池力神電池也在合作開發(fā)BMS?；葜輧|能惠州億能(專做專做BMS)、哈爾濱光宇、哈爾濱光宇、BYD、中航鋰電，、中航鋰電，中科院，德國BOSCH公司，日本TDK集團也正在著手組建BMS研究中心。 近兩年近兩年BMS企業(yè)如雨后春筍，遍地開花。企業(yè)如雨后春筍，遍地開花。 國內(nèi)BMS發(fā)展課題研究背景 BMS技術難點： 多單體高精度電信號采集，抗干擾設計。 電池工作特性呈高度非線性，荷電狀態(tài)(SOC, State of Charge)及健康狀態(tài)(SOH, State of Hea

5、lth)難以準確估計。 電池組中大量單體存在不一致性，均衡控制較復雜，電池組容量利用率較低。 BMS通用性不強，很大程度上受到電池類型以及連接方式的限制。 BMS綜述BMS技術結構BMS綜述分布式BMS工程結構BMS綜述不合理充放電會給電池帶來損害，造成過充過放，降低電池循環(huán)壽命。 1.蓄電池充放電管理BMS綜述00.511.522.533.5x 1040246時間(s)充電電流(A)00.511.522.533.5x 1041112131415時間(s)電池端電壓(V)恒流段恒壓限流段浮充段 1.蓄電池充放電管理美國J.A.MAS在1967年提出鉛酸電池可接受的充電電流曲線。稱為：馬斯曲線稱

6、為：馬斯曲線該曲線對鋰電池該曲線對鋰電池也具有一定適用性。也具有一定適用性。三段式充電波形圖三段式充電波形圖BMS綜述 2.蓄電池荷電狀態(tài)(SOC)估計SOC廣義描述：廣義描述：電池當前可用的剩余容量電池當前可用的剩余容量與與電池實際可放出總容量的比值。（電池實際可放出總容量的比值。（%）SOC估算技術難點：估算技術難點：A 電池內(nèi)部電化學過程復雜；電池內(nèi)部電化學過程復雜；B 電池工作特性呈非線性，且受多因素影響；電池工作特性呈非線性，且受多因素影響；C 建立準確的電池模型困難；建立準確的電池模型困難；D 單體間的不一致性處理較復雜。單體間的不一致性處理較復雜。BMS綜述 2.蓄電池荷電狀態(tài)(

7、SOC)估計BMS綜述 3.蓄電池健康狀態(tài)(SOH)估計電池會逐漸老化，其部分容量也會永久性失去。逐漸老化，其部分容量也會永久性失去。SOH是描述蓄電池老化程度的一項重要特征是描述蓄電池老化程度的一項重要特征，它在數(shù)值上等于當前電池在充滿狀態(tài)下所能放出的電量與新電池額定容量的比值。%100)()(minmaxnewQagedQSOHalno受多因素影響；長期的過程；工作量及估算難度受多因素影響；長期的過程；工作量及估算難度均高于均高于SOCSOC。BMS綜述 3.蓄電池健康狀態(tài)(SOH)估計BMS綜述 4.蓄電池組均衡控制電池包中串聯(lián)的單體，即使是新電池，其性能串聯(lián)的單體，即使是新電池，其性能也存在差異，也存在差異，隨充放電的循環(huán)，單體差異會越來越大，導致電池組容量利用率低電池組容量利用率低，最終發(fā)生“水桶效應水桶效應”。即由于個別單體失效而導致整個電池組無法正常工作。BMS綜述 4.蓄電池組均衡控制BMS綜述上位機主界面上位機主界面主要功能：主要功能：狀態(tài)實時顯示；狀態(tài)實時顯示；參數(shù)調(diào)整；參數(shù)調(diào)整；歷史數(shù)據(jù)記錄；歷史數(shù)據(jù)記錄；主回路控制；主回路控制；故障、報警等。故障、報警等。 5.上位機上位機監(jiān)控平臺參數(shù)設置子界面 5.上位機上位機監(jiān)控平臺歷史數(shù)據(jù)記錄及模型選擇子界面 5.上位機BMS的發(fā)展前景BMS前景廣闊，以下幾方面是側重點：前景廣闊，以