電動汽車鋰電池管理系統設計新方案

2022-06-28 10:00:06 字數 2695 閱讀 8016

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隨著能源緊缺、石油漲價、城市環境汙染的日益嚴重,替代石油的新能源的開發利用越來越被各國**所重視。在新能源體系中,電池系統是其中不可或缺的重要組成部分。近年來,以鋰電池為動力的電動自行車、混合動力汽車、電動汽車、燃料電池汽車等受到了市場越來越多的關注。

動力電池在交通領域的應用,對於減少溫室氣體的排放、降低大氣汙染以及新能源的應用有著重要的意義。其中鋰電池以高能量密度、高重複迴圈使用次數、重量輕以及綠色環保等優勢越來越受到人們的關注,所以在手機、膝上型電腦、電動工具等可攜式手持裝置中已經得到廣泛的應用,並已經開始進入電動車、電動汽車等大功率的應用中,成為全球電動汽車發展的熱點

但是由於鋰電池在加熱、過充/過放電流、振動、擠壓等濫用條件下可能導致電池壽命縮短以致損壞,甚至會發生

著火、**等事件,因此安全性問題成為動力鋰電池商業化推廣的主要制約因素。安全型、低成本、長壽命鋰離子電池的安全標準、安全評價方法、電池製造過程的安全與可靠性控制以及通過正負極材料、電解質與隔膜優選改善電池安全與可靠性是實現確保大型動力鋰離子電池安全可靠,實用化的關鍵。而電池管理系統作為電池保護和管理的核心部件,不僅要保證電池安全可靠的使用,而且要充分發揮電池的能力和延長使用壽命,作為電池和車輛管理系統以及駕駛者溝通的橋梁,電池管理系統對於電動汽車效能起著越來越關鍵的作用。

電池管理系統的主要功能

電池管理系統與電動汽車的動力電池緊密結合在一起,對電池的電壓、電流、溫度進行時刻檢測,同時還進行漏電檢測、熱管理、電池均衡管理、報警提醒,計算剩餘容量、放電功率,報告soc&soh狀態,還根據電池的電壓電流及溫度用演算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程、以及用演算法控制充電機進行最佳電流的充電,通過can匯流排介面與車載總控制器、電機控制器、能量控制系統、車載顯示系統等進行實時通訊。

電池管理系統的基本功能:1)監測單體電芯的工作狀況,例如單體電池電壓、工作電流、環境溫度等。2)保護電池,避免電池工作在極端的條件下發生電池壽命縮短,損壞,甚至發生**、**等危害人身安全的事故。

一般而言,電池管理系統必須具備以下電路保護功能:過壓和欠壓保護、過流和短路保護、過高溫和過低溫保護、為電池提供多重保護以提高保護和管理系統的可靠性(硬體執行的保護具有高可靠性、軟體執行的保護具有更高的靈活性、管理系統關鍵元器件失效的保護為使用者提供第三重保護)。這些功能可以滿足大部分手機電池、電動工具和電動自行車應用的需要。

電動汽車對電池管理系統提出更高挑戰

電動汽車電池整合系統是乙個開放的動力系統,它通過汽車級can匯流排進行通訊,和車輛管理系統、充電機、電

機控制器協同工作,以滿足汽車以人為本的安全駕駛理念。因此汽車級電池管理系統必須做到:滿足ts16949和汽車電子的要求、實現高速資料採集和高可靠性、汽車級can匯流排通訊、高抗電磁干擾的能力(最高端別的emi/emc要求)、**診斷功能。

其主要功能為:電池電壓和溫度等資訊的高速採集;

實現電池高效率均衡,充分發揮電池整合系統的容量從而提高電池整合系統的壽命,同時減小熱量的產生;電池的健康狀況和剩餘電量的估算和顯示;高可靠的通訊協議(汽車級can通訊網路);動力總成技術要保證電池發生任何安全使用的前提下,充分發揮電池的潛力,保證電池的效能,提高電池的壽命;電池的溫度和散熱管理,是電池系統工作在溫度相對穩定的環境條件;漏電檢測以及複雜的地線設計。

由於電動汽車中電池的分布環境非常複雜,處於高壓大功率的工作狀態,對emi/emc要求非常高,這就為電池管理系統的設計帶來了更大的挑戰。

電動汽車電池系統的層次化、模組化設計

由於電動車電池系統是由成百上千個電芯單元整合,考慮到汽車的空間、重量的分配和安全的要求,這些電

芯單元被劃分成標準的電池模組,分布在汽車底盤不同的位置,由動力總成和**處理單元統一管理;每個標準電池模組也是有多個電芯通過併聯和串聯組成,由模組的電控單元進行管理,通過can匯流排把電池模組的資訊匯報給**處理器和動力總成單元,**處理器和動力總成單元把這些資訊經過處理以後,把最終的有關整合系統的資訊如剩

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鏈結:餘電量、健康狀況以及電池的能力相關資訊等通過can匯流排匯報給車輛管理系統。電動汽車電池系統的層次化,模組化的設計就要求電池管理系統設計的層次化、模組化。

電池管理系統的晶元整合技術

汽車電池系統的可靠性要求極高,特別是高壓監控部分,電池均衡部分,由於整合的解決方案少,很多方案採用分立元件搭配而成,導致:元件匹配度不好,訊號採集的精度下降;外部節點增多,難以做到自動化測試,提高測試成本,降低測試覆蓋率,系統可靠性低;外部元件的功耗很難控制;系統尺寸大,成本高。

凹凸科技(o2micro)為全球提供首顆支援》5節電池串聯單晶元保護和檢測的方案oz89xx,該方案還支援多晶元

級聯的應用。目前採用該晶元的電池管理系統方案已成功用於純電動車和混合動力車電池模組電控單元中。

由此可見,整合晶元的解決方案對提高系統的可靠性,降低成本具有十分重要的作用,他是電池整合技術中硬體設計技術的核心。

未來,動力鋰電池在電動汽車領域中具有廣闊的前景,而電池管理系統將對於電池安全使用,以及和車輛管理的溝通起著關鍵的橋梁作用。電池管理技術包括硬體設計技術和軟體設計技術,而其中高壓混合訊號處理技術及晶元設計是硬體設計核心,不僅是保證在汽車環境下實現高可靠、高速、高精度訊號採集和處理的關鍵,也是提高測試覆蓋率、支援**檢測和降低成本的關鍵;而軟體的核心則包括電池管理的演算法,通訊協議的支援以及動力總成的相關技術等。凹凸科技(o2micro)是全球主要電池管理解決方案的**商之一,憑藉其在電池保護和管理多年的晶元設計和方案設計的經驗,掌握了具有國際先進水平的電池管理技術,為全球電池廠商,系統廠商提供了高品質技術服務,為中國電動車的發展貢獻了自己的力量。

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電動汽車電池管理系統設計

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2013年5月 目錄一 電動汽車在發展中瓶頸已逐步被突破 4 1 電池效能已趨於穩定 4 2 電動汽車銷量的增加,將減少對補貼的依賴 5 3 電源管理 bms 成為研發新重點 6 4 配套充電裝置仍然有待完善 7 二 tesla改變電動汽車的理念 8 1 tesla汽車做為豪車的優勢 9 1 特斯拉...

鋰電池管理系統

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