動(dòng)力電池BMS均衡對(duì)比教材

1、BMS均衡方法簡(jiǎn)介20120612汽車動(dòng)力電池BMS 均衡方法簡(jiǎn)介BMS定義 BMS：Battery management system SYSTEM)，其作用是對(duì)鋰離子電池電壓、電流、溫度、容量、電池SOC 荷電狀態(tài)計(jì)量、電池與車體的絕緣狀態(tài)等多種電池參數(shù)以CAN 通訊的方式與車控電腦實(shí)時(shí)進(jìn)行信息交換，確保電池的能量發(fā)揮到極致，使駕駛者能夠隨時(shí)掌握電池的工作狀態(tài)，以保證電池的安全。BMS 不僅是數(shù)字化智能電池系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，也是新能源汽車必不可少的關(guān)鍵部件 SOC：State of Charge，電池（組）荷電狀態(tài)； SOH：State of Health，電池健康度BMS功能 1）電池工作

2、狀態(tài)監(jiān)控：主要指在電池的工作過(guò)程中，對(duì)電池的電壓，溫度，工作電流，電池電，絕緣阻抗，繼電器狀態(tài)等一系列電池相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)或計(jì)算，并根據(jù)這些參數(shù)判斷目前電池的狀態(tài)，以進(jìn)行相應(yīng)的操作，防止電池的過(guò)充或過(guò)放。 2）電池充放電管理：在電池的充電或放電的過(guò)程中，根據(jù)環(huán)境狀態(tài)，電池狀態(tài)等相關(guān)參數(shù)對(duì)電池的充電或放電進(jìn)行管理，設(shè)置電池的最佳充電或放電曲線（如充電電流，充電上限電壓值，放電下限電壓值等），實(shí)現(xiàn)電池過(guò)充，過(guò)放，過(guò)溫，過(guò)流，短路等保護(hù) 3）單體電池間均衡：即為單體電池均衡充電，使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡器是電池管理系統(tǒng)的核心部件。電池管理系統(tǒng)主要部件電池管理系統(tǒng)主要部件 1）

3、信號(hào)采集模塊：主要用于對(duì)電池組電壓，充電電流，放電電流，單體電壓，電池溫度，等參數(shù)進(jìn)行采集。通常采用隔離處理的方式。（除溫度信號(hào)） 2）電池保護(hù)電路模塊：通常這部分是采用軟件控制一些外部器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如通過(guò)信號(hào)控制繼電器的通斷來(lái)允許或禁止充放電設(shè)備或電池的工作以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池保護(hù)。 3）均衡電路模塊：主要用于對(duì)電池組單體電壓的采集，并進(jìn)行單體間的均衡充電使組中各電池達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。 4）下位機(jī)模塊：信號(hào)處理，控制，通訊。BMS為什么要均衡？ 一致性不好的原因？ 在制造過(guò)程中，由于工藝問(wèn)題和材質(zhì)的不均勻，使電池極板厚度、微孔率、活性物質(zhì)的活化程度等存在微小差別，這種電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)上的不完全一

4、致性，就會(huì)使同一批次出廠的同一型號(hào)電池的容量、內(nèi)阻和電壓等參數(shù)值不可能完全一致 在裝車使用時(shí)，由于電池組中各個(gè)電池的溫度、通風(fēng)條件、自放電程度、電解液密度等差別的影響，在一定程度上增加了電池電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致不一致性的產(chǎn)生原因： BMS均衡的目的延長(zhǎng)電池組使用壽命均衡分類 被動(dòng)均衡（有損均衡） 電阻耗能式，在每一顆單體電池并聯(lián)一個(gè)電阻分流，耗能均衡就是將容量多的電池中多余的能量消耗掉，實(shí)現(xiàn)整組電池電壓的均衡 主動(dòng)均衡（無(wú)損均衡）能量轉(zhuǎn)移式，將單體能量高的轉(zhuǎn)移到單體能量低的，或用整組能量補(bǔ)充到單體最低電池，在實(shí)施過(guò)程中需要一個(gè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，好讓能量通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)重新進(jìn)行分配被動(dòng)式均衡介紹被

5、動(dòng)式均衡分為硬件方案和軟件方案 1.被動(dòng)式硬件方案介紹 充電末端均衡，均衡電流約55mA，沒(méi)有壓差比較，單體電池到達(dá)某個(gè)點(diǎn)后開(kāi)啟均衡。 例如10S三元電池，單體到達(dá)4.19V后開(kāi)啟單通道放電 2. 被動(dòng)式軟件方案均衡 啟動(dòng)均衡條件：有單體最高電壓值，單體最高最低壓差比較,有對(duì)比選擇性的均衡。例如10S電池中，先采集單體電壓，計(jì)算最高最低壓差，當(dāng)壓差大于50mV,且單體最高大于3.8V時(shí)啟動(dòng)均衡，此時(shí)只要是單體大于3.8V且比單體最低高50mV即開(kāi)啟單通道均衡（開(kāi)啟并聯(lián)電阻放電)主動(dòng)式無(wú)損均衡根據(jù)能量的流動(dòng)方式分為集中式和分散式集中式均衡方法就是從整組電池獲取能量，然后通過(guò)電能轉(zhuǎn)換裝置向能量少的

6、電池補(bǔ)充電量，分散式的均衡方法就是在相鄰的電池之問(wèn)存在一個(gè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)，這個(gè)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)可以是電感也可以是電容，這樣就可以讓能量在相鄰電池之間流動(dòng)，能量多的電池就可以將能量傳遞到能量少的電池這兩種方式的最終目的都可以均衡整組電池。主動(dòng)式均衡分類無(wú)損均衡方式分類無(wú)損均衡-分散式 分散式目前分為：電容式(飛度電容法）和儲(chǔ)能電感式電容式：即通過(guò)切換電容開(kāi)關(guān)，將電荷從電壓高的電池轉(zhuǎn)移到電壓低的電池，達(dá)到均衡，達(dá)到均衡需要多次傳輸，且兩個(gè)電池壓差很小時(shí)需要很長(zhǎng)時(shí)間均衡每?jī)蓚€(gè)電池組成一個(gè)均衡單元, 如圖1 中電池EB1 和EB2 組成第一個(gè)均衡單元, 儲(chǔ)能電容C1 ; 儲(chǔ)能電感L1、L 2 ; 開(kāi)關(guān)Q1、Q2 組

7、成了均衡電路. 當(dāng)E B1 和EB2產(chǎn)生不平衡時(shí), 該均衡電路在相位相反的兩個(gè)方波驅(qū)動(dòng)下交替開(kāi)關(guān), 通過(guò)儲(chǔ)能元件構(gòu)成的能量交換通道逐次地把電壓高電池的電荷搬移到電壓低的電池中, 直至兩個(gè)電池平衡為止儲(chǔ)能電感對(duì)稱分布式能量轉(zhuǎn)移 充電均衡電路如圖1 所示。電池組由多節(jié)單體電池串聯(lián)而成，充電電源由大小為Ic 的恒流源表示。各串聯(lián)電池旁都接有均衡電路模塊Mn，每一均衡模塊由儲(chǔ)能電感、開(kāi)關(guān)器件及二極管組成，對(duì)稱地分布于電池組的兩側(cè)。當(dāng)均衡模塊Mn 中的開(kāi)關(guān)器件Sn 開(kāi)通時(shí)，電池Bn 對(duì)電感Ln 充電儲(chǔ)能，電感電流線性上升，當(dāng)Sn 關(guān)斷時(shí)，電感Ln 中的能量通過(guò)二極管續(xù)流到其他蓄電池中。上游電池的儲(chǔ)能電感

8、通過(guò)二極管續(xù)流到下游電池，下游電池的儲(chǔ)能電感則通過(guò)二極管續(xù)流到上游電池中。各均衡電路中開(kāi)關(guān)器件可同時(shí)導(dǎo)通，其通斷由控制器輸出的PWM 脈沖進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)PWM 占空比的大小，可有效調(diào)節(jié)能量轉(zhuǎn)移速度。無(wú)損均衡集中式 無(wú)損均衡集中式根據(jù)均衡器處理能量的可能流向分單向和雙向均衡雙向型使用雙向變換器，輸入輸出方向動(dòng)態(tài)調(diào)整。比較而言，雙向型更具優(yōu)勢(shì)，基于均衡效率考慮，單向型均衡器，使用自組高壓到單體低壓的變換器適用于放電均衡，使用自單體低壓到組高壓的逆變器適合充電均衡。無(wú)損均衡集中式-單向均衡 1無(wú)損均衡集中式-雙向均衡 基于變壓器架構(gòu)的新型主動(dòng)均衡方案 該方案采用一個(gè)反激式變壓器作為核心，通過(guò)磁場(chǎng)與電

9、場(chǎng)的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)能量在單個(gè)電池單元與整個(gè)電池組間雙向傳遞。電池充電和放電均衡的具體過(guò)程可以用“劫富濟(jì)貧”來(lái)形容圖5a 頂部均衡技術(shù)示意圖 圖5b 底部均衡技術(shù)示意圖電池組間均衡法BMS均衡方法被動(dòng)式主動(dòng)式硬件方案軟件方案分散式DC/DC集中式飛度電容儲(chǔ)能電感單向均衡雙向均衡各均衡方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比 被動(dòng)均衡方式 優(yōu)點(diǎn)：是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低 缺點(diǎn)：只能做充電均衡。同時(shí)，在充電均衡過(guò)程中，多余的能量是作為熱量釋放掉的，使得整個(gè)系統(tǒng)的效率低、功耗高，均衡電流50mA BMS應(yīng)用：電動(dòng)自行車、電摩 飛度電容方案 優(yōu)點(diǎn)：成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主動(dòng)式能量利用率高 缺點(diǎn)：均衡效率有限，是把電容作為能量傳遞的載體。該方案可以實(shí)現(xiàn)能量在電池組任意兩個(gè)單體之間的直接轉(zhuǎn)移。由于均衡電流受電容電壓與電池組中單體電壓之差的限制，隨著均衡過(guò)程的進(jìn)行，均衡速度會(huì)越來(lái)越慢,量產(chǎn)均衡電流300mA左右 儲(chǔ)能電感方案： 優(yōu)點(diǎn)：主動(dòng)式能量