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    技術資料

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    動力電池管理系統的組織結構、基本職能及運行機制

    發布時間:2019-03-22    來源:http://www.zjnanhong.com

    有關介紹動力電池管理系統的文章比較多,技術性比較強,非專業工程技術人員基本看不懂。下面圍繞“管理”二字,對動力電池管理系統的組織結構、基本職能及運行機制予以介紹,普及這個方面的科學知識。

    1.動力電池管理系統的理解

    (1)系統:把有一定功能的多個個體,按一定要求(規則)組織成一個新單體。比如,多個電池頭尾對接(或者頭接頭、尾接尾)組織一個新單位。

    (2)管理:針對特定對象,在一個區域內,按一個要求進行清理、按一定規則進行整理的活動。比如,工廠針對物料庫的物品,按一定要求、規則進行清理、整理的活動。

    (3)動力電池:為電動汽車提供電能的電化學存儲裝置。

    (4)動力電池管理系統:對動力體系進行管理活動而彼此關聯的活動。

    2.動力電池管理系統的組織結構

    (1)最小單元:是指一節、一節的電池單體。目前動力電池單體外形有3種,圓柱形、方型、扁形。

    (2)基本單元:3個以上單節電池通過并聯組成一排新的電池組;

    (3)模組:3個以上基本單元串聯起來的電池大組;

    (4)電池包:將電池大組(模組)封裝起來,且要求有防塵、防水功能,配有接口的箱子(一般是金屬的)。

    (5)動力電池管理系統功能盒:具有電流、電壓、溫度自動測量及通信模塊的集成電路功能盒子。

    通俗的理解,一臺已經下線的電動汽車動力電池硬件結構和布置已經固化下來了,換一句話,動力電池管理系統不再對電池硬件結構和布置進行管理。

    3.動力電池管理系統的基本管理職能

    前面已經介紹了電動汽車動力電池硬件結構和布置、產品設計工作,但是其管理職能是什么?

    (1)動力電池組(系統)為什么要管理呢?動力電池組(系統)的基本功能有兩個:一是充電、二是放電。

    (a)充電管理:什么時間能充電、什么時間不能充電、充滿沒有?不能過充等。

    (b)放電管理:什么時間放電、什么時間不能放電、電放完了沒有?不能過放電等;

    (c)動力電池組(系統)的工作環境溫度要監視,過熱、冒煙要監視,如果發生安全隱患要報警,如果發生安全事故,要啟動預備設施進行處理。

    管理職能有三個層面:

    (i)對動力電池組(系統)工作狀態,要進行測量有關變化的量;

    (ii)對有關變化量的變化動態值,要進行分析判斷,過了正常值,要報警;

    (III)對動力電池組(系統)發生了故障,要啟動有關措施,比如降級運行。

    4.動力電池管理系統的機制

    (1)對機制的理解

    (a)指機器的構造和動作原理;

    (b)有機體的構造、功能和相互關系;

    (c)一個工作系統的組織或部分之間相互作用的過程和方式。

    (2)動力電池管理系統的機制介紹

    ①動力電池組(系統)的3個基本狀態量:電壓、電流、溫度

    (a)電壓:有電的地方就有電場。電場中不同位置的電場力是不同的。電壓是衡量電場力做功的能力。電壓是推動電子流動的原動力;

    (b)電流在電壓的推動下,電子從電源的負極流向正極。電流是指1s內通過導體橫截面的電荷的多少;

    (c)溫度:表示物體冷熱程度的物理量。

    (注意:電池的電壓、電流和溫度,是電池管理系統頂層計算、控制邏輯的基礎)

    ②衡量動力電池組(系統)綜合狀態量:SOC和SOH

    (a)剩余電量(SOC):全稱是State of Charge,荷電狀態。代表的是電池用一段時間或長期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態的容量的比值,常用百分數表示。其取值范圍為0~1,當SOC=0時表示電池放電完全,當SOC=1時表示電池完全充滿。

    (b)動力電池健康度(SOH):即蓄電池滿充容量相對額定容量的百分比,新出廠電池為100%,完全報廢為0%。

    (3)動力電池管理系統的機制設計難點

    (a)電壓、電流、溫度如何測量?

    電壓、電流、溫度有相應的傳感器產品,不同廠家的傳感器質量不同,精度不同,測量誤差處理方法不同,不同廠家有自己特有的技術和工藝;驹瓌t是,必須選用車規的產品。

    (b)剩余電量和動力電池健康度估算?

    剩余電量和動力電池健康度估算的理論模式,不同廠家也是不同的,估算誤差處理也不同。不同廠家在產品上有自己特有的技術和工藝;驹瓌t是,要有自己的特點和核心競爭力。

    5.特斯拉動力電池管理系統功能盒

    ①BMS采用主從架構,主控制器(BMU)負責高壓、絕緣檢測、高壓互鎖、接觸器控制、對外部通信等功能;

    ②控制器(BMB)負責單體電壓、溫度檢測,并上報BMU;

    ③BMU具備主副雙MCU設計,副MCU可檢測主MCU工作狀態,一旦發現其失效可獲取控制權限 。

    注:本文作者雷洪鈞博士為揚子江汽車公司高級工程師,中科智能網聯汽車科學院院長,中國新能源企業家俱樂部專家委員會主任

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