纯电动轿车用电池管理系统.ppt

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1、纯电动轿车用电池管理系统报告内容o 电池管理技术的现状o 串联电池组充电模式o 成组电池的SOC定义o 电池组的一致性评价体系电池管理技术的现状o 安全性和成组电池的长寿命是锂离子电池在电动汽车上推广使用的主要障碍 o 电池管理相关技术亟待解决电池管理技术的现状1、安全性和成组电池的长寿命是锂离子电池在电动汽车上推广使用的主要障碍 车辆对电池的高性能要求和锂离子电池的抗滥用能力较差形成鲜明矛盾 电池管理技术的相对落后 车辆要求主要问题电池原理宽工作温度范围高倍率充放电摆放集中高温下充放电性能低温下充放电性能产生热量大散热条件差温度高热稳定性差电解液氧化产生大量热热失控温度低嵌入能力差锂沉积内部

2、短路产生大量热热失控大量成组充分利用电池容量一致性充放电过程中部分电池过电压电压过高电解液分解产生大量热热失控电压过低铜析出再次充电可能造成内部短路产生大量热热失控长寿命电池容量下降电池内阻增加倍率增加使用过程中电池的发热量增加电池管理技术的现状2、电池管理相关技术亟待解决 电池管理的职责l 有效监控电池状态l 优化使用电池能量l 防止电池过充电和过放电l 延长电池后面电池管理系统是电池与外部设备（如充电机和整车控制器等）连接的纽带。电池管理技术的现状 电池管理系统的现状l 功能齐备外部参数（电压、电流、温度）检测状态估算（SOC估算）一致性评价以及数据分析报警等功能 对外通信功能l 性能不足

3、电池管理技术的现状 性能不足的原因l 电池性能的复杂性跨多学科多变量影响非线性强耦合 成组电池的一致性电池管理技术的现状l研究相对独立，各单位之间配合还不深入零部件供应商研究重点忽略问题电池生产厂家提高单只电池性能成组应用问题电池串并联对电池性能影响车辆工况及对电池性能要求与电池管理单位密切配合,研究车用电池的使用方法电池管理系统基于电池的外特性监控外部物理参数提高检测精度提高系统可靠性与电池的性能的结合电池内部电化学机理不同状态下的使用方法为电池的使用和状态估算提供理论依据和数据支持充电机电机控制器提高设备的稳定性电路拓扑选择控制策略研究将电池看作是一个整体基于电池端电压的控制策略电池与普通

4、直流母线的差异电池与普通负载的差异电池管理技术的现状 所以在使用过程中l基于电池外特性l基于单只电池l基于铅酸电池l基于小容量电池 对电池的状态进行估算和充放电控制。电池管理系统不能为电池的使用提供数据支持，不能很好的完成纽带作用。串联电池组充电模式1、充电方法的研究现状出现了恒压、恒流、恒压恒流、变电流间歇充电、脉冲去极化充电、多段恒流及智能充电等充电方法。研究的重点是采用合适的电流控制方法或者电力电子电路，加快充电进程和提高充电效率。串联电池组充电模式2、主要问题 将电池组看作是一个整体，忽视了电池之间的差异性； 忽视了温度对电池性能的影响； 忽视了老化对电池性能的影响； 忽视了不同类型、

5、厂家、电压等级的差异； 充电机的适应性差。电池组内部分电池存在严重的过充电隐患。加之锂离子电池的抗过充能力较差，所以充电过程的安全性和长寿命都无法保证。 串联电池组充电模式3、解决方案管理系统和充电机配合的充电模式 工作原理l 管理系统和电池绑定，形成智能电池包；l 管理系统与电池厂家密切配合，研究不同状态下的使用方法，并嵌入管理系统；l 充电过程中，管理系统依据电池的当前状态和电池的使用方法，得到电池的最大允许充电电流；l 充电过程中，充电机依据管理系统提供的最大允许充电电流，实现电流的调整。串联电池组充电模式 主要优点l多变量闭环控制，保障电池使用的安全；l增强了管理系统的管理和控制功能；

6、l使得充电机具有更好的适用性和通用性；l提高了充电的过程的智能化水平；l简化了充电工作人员设置充电参数等繁琐的工作。成组电池的SOC定义 1、成组电池的SOC估算现状 将电池组看作是一个整体，采用与单只电池类似的处理办法， 基于电池组的端电压，对电池组的SOC进行估计。2、主要问题 没有考虑电池之间的差异性 SOC的含义随着一致性的变差而逐渐模糊，不能有效的指导电池的使用。成组电池的SOC定义3、解决方案 单只电池的SOC定义为： 为电池的最大可用容量 为电池的剩余容量remmaxQSOCQmaxQremQ成组电池的SOC定义 对于 只最大可用容量分别为： 当前的荷电状态分别为 的电池串联成组

7、。 由于各只电池不可能完全一致，所以势必存在一只电池 ，其放电容量在所有 只电池中取得最小值，即： 它限制了电池组的最大放电容量，即有： n1,., maxmaxQQn1,., SOCSOC nin_ min11,., dch maxmaxmaxmaxQiQSOCQn SOCnQiSOCi_ m in11,., BBremdch maxdch maxmaxmaxQQQiQSOCQn SOCn成组电池的SOC定义 由于各只电池不可能完全一致，所以势必存在一只电池 ，其充电容量在所有 只电池中取得最小值，即： 它限制了电池组的最大充电容量，即有： jn_ min1 (11),., (1 )chma

8、xmaxmaxQjQSOCQnSOC n (1 )maxQjSOC j_ (1 )Bch maxch maxmaxQQjQjSOC jmin1 (11),., (1 )maxmaxQSOCQnSOC n成组电池的SOC定义所以，该组电池组的最大可用容量为：可见：l电池组的容量与组内所有单只电池的容量及SOC密切相关。l当i=j的时候，电池组的容量等于组内容量最小的第i（j）只电池的容量；l当ij的时侯，电池组的容量比最小单只电池的容量还要小。_ BBBmaxdch maxch maxdch maxch maxQQQQiQjmin11,., maxmaxQSOCQnSOC nmin1 (11),

9、., (1 )maxmaxQSOCQnSOC n成组电池的SOC定义 所以 成组电池的SOC定义为 BBremBmaxQSOCQmin(11,., )min(11,., )min(1 (11),., (1 )maxmaxmaxmaxmaxmaxQSOCQnSOC nQSOCQnSOC nQSOCQnSOC n (1 )maxmaxmaxQiSOC iQiSOC iQjSOC j成组电池的SOC定义 当 时，可简化为： ij BmaxmaxQiSOC iSOCSOC iQi电池组的一致性评价体系1、现有方法： 基于各单只电池之间的外电压差异对电池组的一致性进行评价； 并提出了涓流充电、电阻旁路放

10、电、开关电容、电力电子变换技术等多种均衡方案; 均衡的目标也是实现电池之间的外电压差异小于限制值; 使用均衡器后，由于电池的过充电和过放电能得到一定程度的缓解，所以电池组的循环寿命和安全性有所改善。 电池组的一致性评价体系2、主要问题 一致性随着工况和SOC的变化而变化，表现出不稳定性 有时均衡对于电池组容量的增加效果不明显； 成组电池的循环寿命仍低于单只电池 均衡器的容量、体积和成本随着电池容量的增加而增加，不适用于大容量电池电池组的一致性评价体系3、原理分析 电池的外电压差异来源于直流内阻、极化电压、容量和SOC等多各方面； 直流内阻、极化电压和容量等差异不能通过均衡得到改善； 电压和SO

11、C之间的非线性关系导致了一致性判断的不稳定，并使得均衡器的容量没有得到充分的利用。电池组的一致性评价体系4 、解决方案 一致性评价指标l 基于电池的直流内阻、极化电压、容量和SOC对电池的一致性进行综合评价体系。电池组的一致性评价体系l 原始充电曲线电池组的一致性评价体系l 去除直流内阻后的充电曲线电池组的一致性评价体系l 去除极化电压后的充电曲线电池组的一致性评价体系l 其中差异最大的两只电池充电曲线电池组的一致性评价体系l 进行容量和初始SOC修正后的充电曲线电池组的一致性评价体系 均衡判断依据l 从容量的角度而言，电池组的容量小于等于组内容量最小的电池；l 电池组是否需要均衡的判断依据是：电池组内容量最小的电池的容量能够得到充分利用，即在充放电过程中，容量最小的电池能够首先达到充满电和放完电。