与电池管理系统不同,电池管理技术是一门技术,我们知道电池管理系统的存在意义是为电池系统保驾护航,而电池管理技术则涉及到多个方面,是针对具体内容的剖析。
电池管理系统的主要功能就是测量、评估、管理、保护和警示的作用,其实现就通过电池管理技术来达成这些目的。
测量和评估的功能主要是对电池电压、电池电流和温度等特性参数进行实时测量并收集,同时也对电池的绝缘电阻等进行测量,通过取得的数据进行系统状态评估,从而大大稳定运行
的特性;
保护功能则主要控制电流电压和温度等参数始终在保护的范围内进行工作;
管理的功能包括温度管理、电量管理、充放电管理、均衡策略管理等;
警示作用就是通过实施传输数据,在微控制器和整车控制器之间搭建系统桥梁,将电池的实时故障和状态进行迅速反馈,从而保护电池和人身安全。
分别看一下各部分的作用和实现。
1
测量功能
测量部分主要参数是电压电流和温度。
1.1
电压的测量:
测量的对象主要是单体电池的电压和系统总电压。
在静态的情况下,单体电池电压相对稳定,系统电压也保持稳定;测量的电压来源于正负极材料的电位差,这个电位差取决于电化学性能的大小、正负极的材料等,简单的表达为
E=ua-ub
,也可以理解为电动势;但是由于电解液的存在,浓度、温度、压力等因素是个变化量,在静态条件下,静态电动势相对稳定,而一旦产生电流,例子迁移过程中需要克服阻力做功以及电化学反应中的极化等影响,端电压受到活性成分的影响就会产生变化。因此准确的判断和测量不仅在于控制电压变化速率,也跟采集的手段有关。
在采集电压的过程中,也有专门用于相关的芯片,比如
LTC6802
采集单体电压,当然也有利用分压电阻的方式来实现。测量的精度也会直接影响电池管理的实现。因为在过充过放的过程中,电流和电压是重点监控量,一旦变化过大,温度也会直接产生变化,电池的
SOC
估算和均衡策略的实现都会受到很大影响。
1.2
电流的测量
同测量电压一样,电流测量的准确性和可靠性也需要严格控制。在安时积分法的
SOC
估算中,必须采集高精度的电流信号,同样,电池管理的保护功能比如短路保护,也需要电流测量的准确性。
1.3
温度的测量
温度对电池表面特性影响很大。温度提升或者降低的情况下,对电池的寿命影响非常大,而且,电池的活性和续航能力也会受到影响。比如磷酸铁锂在低温情况下充电就非常困难,在高温情况下会产生各种不同的故障,短路、热失控、爆炸等。
温度采集一般需要转换成电信号,将其转成电压相关的易采集信息。
2
保护功能
保护功能是电池管理系统的守护门,只有对电池管理系统保护措施到位,才能在使用的过程中预防和杜绝危害事件的发生。
2.1
过压保护
对单个电池和电池组进行采集,一旦超出控制阈值,就进行相应的处理和报警;
2.2
欠压保护
同过压保护一样,当低于某个范围的时候,电池就无法正常工作,因此需要提前判断;
2.3
过热保护
过热保护是为了保持电池的稳定状态,延长电池使用寿命避免老化,在高于某个温度的时候,电池就会产生不确定性的故障,避免高温运行是必须要进行的手段;
2.4
低温保护
同高温一样,电池在低于某个温度的时候,活性降低内部电解液迁移速度变慢,续航能力直接降低,所以进行低温保护是保障行车的必须;
2.5
电流保护
电流过大的时候会对产品产生不可逆的损坏,元器件烧毁或者爆炸,因此限制电流大小不光对器件保护,而且也对人身和安全在进行保护。
3
管理功能
3.1
电量管理
通过检测某些信号和状态,进行计算或者估算电池状态,从而判断和指导下一步的功能实现。在此不做过于具体的技术实现,只简单介绍下基本方法。
计算和评估电量可以通过多种方法来实现,比如端电压测试方法、安时积分法或卡尔曼滤波法、神经网络法等。
3.2
温度管理
对于温度的管理,是一个重点的方面,通过电压电流的测量和计算,电池状态的评估和衡量,都在一个合适的温度范围内满足和实现。如何保障电池工作在合适的温度,是通过在低温的时候加热或者在高温的时候冷却,这都是实现温度控制的一种方式。
3.3
均衡管理
单体电池的电压在不平衡的情况下会产生轮流充放电现象,这就造成在使用的过程中会产生很多的均衡管理,在电池组内部,使用的单体电池数量越多,所需要进行控制的工作量也会越复杂;由于温度的影响,个体电池总会显示差异性,如何将所有的单体电池统一成为一个个体来工作,这也就是内部均衡策略的实现机理。
均衡策略如何实现,根据电池
SOC
的单个状态和整体状态进行不同切换,需要在很快的时间内做出响应,已实现控制的目的。
4
警示功能
在汽车里面,
can
通讯使用的最为广泛,而在
bms
管理系统中,
can
可以用来传输各种数据信息,控制器在接收到相应的信息后做出判断。
由于电池的状态会严重影响行车过程,因此,实时监控和预警就成为保障行车的基础。
预警主要对电池的电量状态、续航里程等状态量进行实时报警。具体可以根据不同车型功能需求进行调整。