電動汽車技術(shù)第六章課件

1、電動汽車技術(shù) 哈爾濱理工大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院 第六章 動力電池管理系統(tǒng)Harbin University of Science and Technology 電動汽車技術(shù) 哈爾濱理工大學(xué) 第6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù)6.4動力電池的梯次利用與回收6.5本章小結(jié)主要內(nèi)容6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù)6.4動力電池的梯次利用與回收6.5本章小結(jié)主要內(nèi)容6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)

2、構(gòu) 鄭殿宇 鄭殿宇電池管理系統(tǒng)（Battery Management System,BMS）是用來對動力電池組進(jìn)行安全監(jiān)控及有效管理，提高動力電池使用效率的裝置。電池管理系統(tǒng)的功能6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu) 鄭殿宇 鄭殿宇電池管理系6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu) 鄭殿宇 鄭殿宇電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)集中式分布式分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)同步采樣、壽命長、安全性高、電磁兼容性好6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu) 鄭殿宇 鄭殿宇電池管理系6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu) 鄭殿宇 鄭殿宇電池管理系統(tǒng)在電動汽車上的應(yīng)用6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu) 鄭殿宇 鄭殿宇電池管理系6.1電池管理系統(tǒng)

3、的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù)6.4動力電池的梯次利用與回收6.5本章小結(jié)主要內(nèi)容6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電6.2動力電池測試 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池測試的目的：側(cè)重了解電池的特點(diǎn)，便于電池管理系統(tǒng)軟硬件開發(fā)工作的進(jìn)行常用動力電池測試項(xiàng)目1.實(shí)際容量測試2.充放電效率測試4.電動勢曲線及等效內(nèi)阻測試3.放電倍率特性測試充電效率=(放電電流* 放電時間)/(充電電流* 充電時間)* 100%電動勢曲線等效內(nèi)阻曲線6.2動力電池測試 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池測試的目的：側(cè)重了6.2動力電池測試 鄭殿宇 鄭殿宇電池測試的標(biāo)準(zhǔn)化常用動力電池測

4、試標(biāo)準(zhǔn)中國汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 743-2006SAE J1798電動汽車電池模塊性能級別推薦規(guī)程PNGV電車測試手冊IEC 61982-3標(biāo)準(zhǔn)道路電動汽車用二次電池第三部分：性能和使用壽命測試主要分類第一類：針對電池制造商 用來檢驗(yàn)其所生產(chǎn)的電池是否合格，是否可以進(jìn)入市場第二類：針對電動汽車制造商 用來幫助電動汽車制造商檢驗(yàn)其選擇的動力電池是否能 滿足其制造的電動汽車的性能要求6.2動力電池測試 鄭殿宇 鄭殿宇電池測試的標(biāo)準(zhǔn)化常用動力電6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù)6.4動力電池的梯次利用與回收6.5本章小結(jié)主要內(nèi)容6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本

5、結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池的建模，電池模型描述電池工作的外特性，即描述電池的影響因素與其工作特性之間的數(shù)學(xué)關(guān)系電池模型電化學(xué)模型熱模型等效電路模型耦合模型基于電化學(xué)機(jī)理研究6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池的建模，電池6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池的電化學(xué)模型基于電化學(xué)理論并采用數(shù)學(xué)方法描述電池內(nèi)部的反應(yīng)過程。常用電池電化學(xué)模型1.Shepherd模型2.Un-newehr模型4.簡化的電化學(xué)模型3.Nerst模型6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池的電化學(xué)模型6.3電動管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿

6、宇6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池等效電路模型：1.Rint模型2.Thhevenin模型4.改進(jìn)二階RC模型3.PNGV模型6.3電動管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇6.3電池管理的關(guān)鍵6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇電池SOC（Stage of Charge）估計(jì)SOC估計(jì)常用方法1.放電法2.安時積分法3.開路電壓法4.負(fù)載電壓法5.內(nèi)阻法6.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法7.卡爾曼濾波法優(yōu)點(diǎn)：方法可靠缺點(diǎn)：需要大量時間優(yōu)點(diǎn)：簡單可靠缺點(diǎn)：SOC初值難確定優(yōu)點(diǎn)：比較準(zhǔn)確缺點(diǎn)：需要長時間靜置優(yōu)點(diǎn)：能夠?qū)崟r估計(jì)缺點(diǎn)：電池電壓劇烈波動導(dǎo)致很難應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：適用于放電后期電池SOC的估計(jì)缺點(diǎn)：很難

7、準(zhǔn)確電池單體內(nèi)阻優(yōu)點(diǎn)：適用于各種電池缺點(diǎn)：需要大量的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練優(yōu)點(diǎn)：適合于電流波動比較劇烈的混合動力汽車的電池SOC估計(jì)缺點(diǎn)：對電池模型準(zhǔn)確性和計(jì)算能力要求高6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇電池SOC（Stag6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇電池SOH（State of Health）估計(jì)：表面指電池的健康狀況，包括容量、功率、內(nèi)阻等性能，更多情況下是對電池組壽命的預(yù)測。通常認(rèn)為是指測量的容量與額定容量之比。（2）電阻折算法系統(tǒng)差分方程：式中Uk為k時刻的電池輸出電壓；Uk-1為（k-1）時刻電池輸出電壓；Ik為k時刻電池的加載電流；Ik-1為（k-1）時刻的電池加載電流

8、；R0電池歐姆內(nèi)阻；Rp電池極化內(nèi)阻。在模型結(jié)構(gòu)確定以后，可以根據(jù)試驗(yàn)方法所獲得的數(shù)據(jù)對系統(tǒng)模型中的參數(shù)進(jìn)行辨識。在參數(shù)辨識領(lǐng)域中，常采用最小二乘法6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇電池SOH（Stat6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池組的均衡均衡的意義：利用電子技術(shù)，使鋰離子電池單體電壓偏差保持在預(yù)期的范圍內(nèi)，從而保證每個單體電池在正常的使用時不發(fā)生損壞。若不進(jìn)行均衡控制，隨著充放電循環(huán)的增加，各單體電池電壓逐漸分化，使用壽命將大大縮減。均衡的基本目的：“削峰填谷”。即在充電、放電或擱置過程中，通過外加電路對電池充放電電流的調(diào)節(jié)，使應(yīng)用過程中電池的電壓達(dá)到較好的一致性，提

9、高車輛的續(xù)行里程和電池組的使用壽命。均衡電路結(jié)構(gòu)框圖6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池組的均衡均6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 電阻分流式均衡原理圖（ICE為單體電池均衡器）電壓單體電壓向整體轉(zhuǎn)換方式電池組整體能量向體轉(zhuǎn)換方式開關(guān)電容均衡示意圖能量耗散型均衡電路非能量耗散型均衡電路6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 電阻分流式均衡原理圖電壓單體電6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇電池組的熱管理 電池組溫度過高時的有效散熱和通風(fēng) 有害氣體產(chǎn)生時的有效通風(fēng) 低溫條件下的快速加熱 電池溫度的準(zhǔn)確測量和監(jiān)控 保證電池組溫度場的均勻分布主要功能設(shè)計(jì)過程1.確定熱管理系統(tǒng)的目標(biāo)和要求2.測量或估計(jì)模塊

10、生熱及熱容量3.熱管理系統(tǒng)首輪評估4.預(yù)測模塊和電池組的熱行為5.初步設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)6.設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)7.熱管理系統(tǒng)的優(yōu)化6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇電池組的熱管理 6.3電動管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇關(guān)鍵技術(shù)電池組的熱管理電池?zé)釄鲇?jì)算及溫度預(yù)測通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算電池內(nèi)部的溫度場，預(yù)測電池的熱行為傳熱介質(zhì)的選擇傳熱介質(zhì)要在設(shè)計(jì)熱管理系統(tǒng)前確定。按照傳熱介質(zhì)分類，熱管理系統(tǒng)可分為空氣冷卻、液體冷卻及相變材料冷卻三種方式熱管理系統(tǒng)散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在進(jìn)行電池組結(jié)構(gòu)布置和散熱設(shè)計(jì)時，要盡量保證電池組散熱的均勻性，在風(fēng)道設(shè)計(jì)時，需遵循流體力學(xué)和空氣動力學(xué)的基本原理風(fēng)機(jī)與測溫點(diǎn)的選擇

11、在設(shè)計(jì)電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)時，需要選擇的風(fēng)機(jī)種類與功率、溫度傳感器的數(shù)量與測溫點(diǎn)的位置恰到好處6.3電動管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇關(guān)鍵電池組的熱管理6.3電動管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇6.3電動管理的關(guān)鍵技術(shù) 鄭殿宇 鄭殿宇6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù)6.4動力電池的梯次利用與回收6.5本章小結(jié)主要內(nèi)容6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電6.4動力電池的梯次利用與回收 鄭殿宇 鄭殿宇外觀篩選建立數(shù)據(jù)庫成組裝配初期跟進(jìn)驗(yàn)證拆解回收按需配組基本性能篩選四、梯次利用過程三元材料電池拆解工藝流程圖鋰電池破碎拆解分選系統(tǒng) 梯次項(xiàng)目

12、1234電池容量/（Ah）801006080406040使用車型大型公交車、高速電動汽車城市特殊用途用車、市政用車等低速電動微型車、旅游觀光車電站UPS儲能 動力電池利用梯次劃分6.4動力電池的梯次利用與回收 鄭殿宇 鄭殿宇外觀篩選建立數(shù)6.4動力電池的梯次利用與回收 鄭殿宇 鄭殿宇6.4動力電池的梯次利用與回收 鄭殿宇 鄭殿宇6.4動力電池的梯次利用與回收 鄭殿宇 鄭殿宇 從表中可以看到動力電池梯次回收主要集中在儲能方面。儲能系統(tǒng)的作用體現(xiàn)在可保障大型太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電大量接入與充分利用，同時又提高了輸配電設(shè)備的利用率，提高電網(wǎng)安全裕度；另外相關(guān)的技術(shù)突破和產(chǎn)業(yè)化還將帶動采礦、電池制造

13、、電力電子設(shè)備等產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。四、國內(nèi)的部分動力電池梯次利用項(xiàng)目如下表所示6.4動力電池的梯次利用與回收 鄭殿宇 鄭殿宇 從表中可以6.4動力電池的梯次利用與回收 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池的回收6.4動力電池的梯次利用與回收 鄭殿宇 鄭殿宇動力電池的回收6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電池管理的關(guān)鍵技術(shù)6.4動力電池的梯次利用與回收6.5本章小結(jié)主要內(nèi)容6.1電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)6.2動力電池測試6.3電6.5本章小結(jié) 鄭殿宇 鄭殿宇電池管理系統(tǒng)的功能及基本結(jié)構(gòu)動力電池的測試電池管理的關(guān)鍵技術(shù)動力電池梯次利用與回收1.電池管理系統(tǒng)的功能2.電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)1.常用動力電池測試項(xiàng)目2.特性測試的標(biāo)準(zhǔn)化1.動力電池的建模2.SOC/SOH估計(jì)3.動力電池組的均衡4.電池組的熱管理1.動力電池的梯次利用2.動