动力电池BMS均衡对比课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,BMS,均衡方法简介,20120612,汽车动力电池,BMS,均衡方法简介,BMS,定义,BMS,：,Battery management system SYSTEM),，其作用是对锂离子电池电压、电流、温度、容量、电池,SOC,荷电状态计量、电池与车体的绝缘状态等多种电池参数以,CAN,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BMS,不仅是数字化智能电池系统的中枢神经，也是新能源汽车必不可少的关键部件,SOC,：,State of Charge,，电池（组）荷电状态；,SOH,：,State of Health,，电池健康度,BMS,功能,1,）电池工作状态监控：主要指在电池的工作过程中，对电池的电压，温度，工作电流，电池电，绝缘阻抗，继电器状态等一系列电池相关参数进行实时监测或计算，并根据这些参数判断目前电池的状态，以进行相应的操作，防止电池的过充或过放2,）电池充放电管理：在电池的充电或放电的过程中，根据环境状态，电池状态等相关参数对电池的充电或放电进行管理，设置电池的最佳充电或放电曲线（如充电电流，充电上限电压值，放电下限电压值等），实现电池过充，过放，过温，过流，短路等保护,3,）单体电池间均衡：即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。

均衡器是电池管理系统的核心部件电池管理系统主要部件,1,）信号采集模块：主要用于对电池组电压，充电电流，放电电流，单体电压，电池温度，等参数进行采集通常采用隔离处理的方式除温度信号）,2,）电池保护电路模块：通常这部分是采用软件控制一些外部器件来实现的如通过信号控制继电器的通断来允许或禁止充放电设备或电池的工作以实现对电池保护3,）均衡电路模块：主要用于对电池组单体电压的采集，并进行单体间的均衡充电使组中各电池达到均衡一致的状态4,）下位机模块：信号处理，控制，通讯BMS,为什么要均衡？,一致性不好的原因？,在制造过程中，由于工艺问题和材质的不均匀，使电池极板厚度、微孔率、活性物质的活化程度等存在微小差别，这种电池内部结构和材质上的不完全一致性，就会使同一批次出厂的同一型号电池的容量、内阻和电压等参数值不可能完全一致,在装车使用时，由于电池组中各个电池的温度、通风条件、自放电程度、电解液密度等差别的影响，在一定程度上增加了电池电压、内阻及容量等参数的不一致,不一致性的产生原因：,BMS,均衡的目的,延长电池组使用寿命,均衡分类,被动均衡（有损均衡）,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,主动均衡（无损均衡）,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，在实施过程中需要一个储能环节，好让能量通过这个环节重新进行分配,被动式均衡介绍,被动式均衡分为硬件方案和软件方案,1.,被动式硬件方案介绍,充电末端均衡，均衡电流约,55mA,，没有压差比较，单体电池到达某个点后开启均衡。

例如,10S,三元电池，单体到达,4.19V,后开启单通道放电,2.,被动式软件方案均衡,启动均衡条件：有单体最高电压值，单体最高最低压差比较,有对比选择性的均衡例如,10S,电池中，先采集单体电压，计算最高最低压差，当压差大于,50mV,且单体最高大于,3.8V,时启动均衡，此时只要是单体大于,3.8V,且比单体最低高,50mV,即开启单通道均衡（开启并联电阻放电,),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,集中式均衡方法就是从整组电池获取能量，然后通过电能转换装置向能量少的电池补充电量，,分散式的均衡方法就是在相邻的电池之问存在一个储能环节，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,这两种方式的最终目的都可以均衡整组电池主动式均衡分类,无损均衡方式分类,无损均衡,-,分散式,分散式目前分为：电容式,(,飞度电容法）和储能电感式,电容式：即通过切换电容开关，将电荷从电压高的电池转移到电压低的电池，达到均衡，达到均衡需要多次传输，且两个电池压差很小时需要很长时间均衡,每两个电池组成一个均衡单元,如图,1,中电池,EB1,和,EB2,组成第一个均衡单元,储能电容,C1;,储能电感,L1,、,L 2;,开关,Q1,、,Q2,组成了均衡电路,.,当,E B1,和,EB2,产生不平衡时,该均衡电路在相位相反的两个方波驱动下交替开关,通过储能元件构成的能量交换通道逐次地把电压高电池的电荷搬移到电压低的电池中,直至两个电池平衡为止,储能电感对称分布式能量转移,充电均衡电路如图,1,所示。

电池组由多节单体电池串联而成，充电电源由大小为,Ic,的恒流源表示各串联电池旁都接有均衡电路模块,Mn,，每一均衡模块由储能电感、开关器件及二极管组成，对称地分布于电池组的两侧当均衡模块,Mn,中的开关器件,Sn,开通时，电池,Bn,对电感,Ln,充电储能，电感电流线性上升，当,Sn,关断时，电感,Ln,中的能量通过二极管续流到其他蓄电池中上游电池的储能电感通过二极管续流到下游电池，下游电池的储能电感则通过二极管续流到上游电池中各均衡电路中开关器件可同时导通，其通断由控制器输出的,PWM,脉冲进行控制，调节,PWM,占空比的大小，可有效调节能量转移速度,无损均衡,集中式,无损均衡,集中式,根据均衡器处理能量的可能流向分单向和双向均衡,双向型使用双向变换器，输入输出方向动态调整比较而言，双向型更具优势，基于均衡效率考虑，,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无损均衡,集中式,-,单向均衡,1,无损均衡,集中式,-,双向均衡,基于变压器架构的新型主动均衡方案,该方案采用一个反激式变压器作为核心，通过磁场与电场的转换，实现能量在单个电池单元与整个电池组间双向传递。

电池充电和放电均衡的具体过程可以用“劫富,济贫”来形容,图,5a,顶部均衡技术示意图 图,5b,底部均衡技术示意图,电池组间均衡法,BMS,均衡方法,被动式,主动式,硬件方案,软件方案,分散式,DC/DC,集中式,飞度电容,储能电感,单向均衡,双向均衡,各均衡方案优缺点对比,被动均衡方式,优点：是电路结构简单，成本较低,缺点：只能做充电均衡同时，在充电均衡过程中，多余的能量是作为热量释放掉的，使得整个系统的效率低、功耗高，均衡电流,50mA,BMS,应用：电动自行车、电摩,飞度电容方案,优点：成本低，结构简单，主动式能量利用率高,缺点：均衡效率有限，是把电容作为能量传递的载体该方案可以实现能量在电池组任意两个单体之间的直接转移由于均衡电流受电容电压与电池组中单体电压之差的限制，随着均衡过程的进行，均衡速度会越来越慢,量产均衡电流,300mA,左右,储能电感方案：,优点：主动式能量利用率高，均衡效果大于电容方案,量产均衡电流,5A,缺点：,1.,只能在相邻的两节之间转移能量2.,成本偏高，结构复杂,DC/DC,单向均衡：均衡性能有限，目前量产均衡电流可以到,1A,DC/DC,双向均衡：均衡效果理想，成本高，结构复杂，适用与大型动力电池或储能站电池，目前量产均衡电流可以到,5A,。