电动汽车充放电监控系统及电池管理系统原理介绍

电动汽车充放电监控系统及电池管理系统原理介绍

目录

1、充放电设备及其监控系统

2、电池管理系统

原理拓扑

充放电设备及监控系统

充电机

车辆

电池管

理系统

监控系

统

+

-

CANH

CANL

电池组

充放电设备及监控系统

技术特点

1、全部采用高频化设计，主要开关器件采用IGBT（大功率）或MOSFET（中小功率），具有双闭环设计，满足电池充电的恒流限压或恒压限流功能。同时具有多阶段的控制功能，满足各种电池的充电曲线。（可存储多种常用充电参数，方便使用）

2、可实现与车载电池管理的通信，完成单体电池充电控制技术和高精度电压控制。

3、可实现远程监控，可完成除开关机以外的充电机（本地）控制功能，可将充电机的运行参数和电池数据发送到监控系统，便于监控系统的数据记录和数据分析。

4、具有独特的主从式并联运行方式，提高充电机的适用性和利用率。

充放电设备及监控系统单体电池控制技术（大容量锂离子、镍氢）

在大容量锂离子和镍氢电池充电过程中，为保证电池安全必须要保证每一节电池的电压不超过上限，常用的电池充电方法采用电池组总电压为控制依据，因为存在电池组的一致性问题，很难保证单体电池不过充。在小容量电池组中经常采用的均衡技术，因为均衡电路的体积、成本和发热问题很难在大容量的电池组中应用。

利用充电机和电池管理的数据交换，充电机可获得每只电池的单体电压，根据整组电池的最大单体电压对充电电流的大小进行控制，保证充电过程中不会出现单体电池超限的问题。

充放电设备及监控系统

高精度电压控制

充放电设备及监控系统

在电动车辆充电过程中，会有较长的充电输出线和比较大的充电电流，在充电输出线上会有压降，同时充电机输出电压与设定电压会存在1~2%的误差，由于大容量锂离子、镍氢电池的充电平台较平，输出电压的误差可能带来较大的容量差异，为此将电池管理系统测量的电池组总电压作为充电机的限压值，消除充电机本身和线路压降，提高电池组的充电容量。（电池管理系统测量总电压不存在线路压降、具有较高的测量精度，不大于0.5%）

主从式并联方式充放电设备及监控系统

为提高充电机的适用性和减少设备

投资，专门针对电动车辆充电特性的主从式并联方案。

特点：通常的电源并联方案采用模块并联加入总控系统，一旦系统构成只能作为单一设备运行。而主从式方案，每台充电机可独立运行，也可并联运行，只需简单的选择充电机面板上的选择开关。优势是根据电动车辆运行的特点，在日间的补充性充电可采用并联方式，而晚间利用较长的时间采用单台充电，这样可以要最少的充电机数量完成车辆充电需求，同时可更加充电机适用能力，针对不同容量的电池灵

活采用。

充放电设备及监控系统电池维护设备

系统特点

z电池充电和并网逆变放电提高能源利用率

z交流侧采用PWM控制，实现充放电功率因数±1，减少对电网的谐波污染

z采用空间矢量PWM控制（SVPWM）算法，提高电压利用率、实现更好的谐波控制

z直流侧采用双向DC-DC拓扑结构，实现电池的充放电

z与蓄电池管理系统（BMS）实时通信，确保锂电池充电安全

z电池安时记录

实物图片

充放电设备及监控系统珠海大柜体充电机珠海小柜体充电机

电池管理系统系统结构

电池管理系统

主要功能

1、电池单体电压及总电压的检测

2、电池组充放电电流检测

3、电池组SOC估算

4、电池组绝缘测量

5、电池箱温度场控制

6、与车载控制器及显示系统通信

7、与充电机通信，为充电机提供电池充电信息

8、电池组运行和充电电池定时数据记录和故障数据记录

9、计算机运行监控和手持数据设置和数据转储

10、提供电池组故障信息记录电池组使用次数

电池管理系统

电池单体电压及总电压的检测

采用光控ＭＯＳ继电器（无触点、高隔离、长寿命、高速切换），配合高精度的双积分Ａ／Ｄ和高隔离电压电源系统，完成对电池组每节电池的单体电压的检测。有效去除了电池组高共模电压和累计误差的影响，提高了测量精度，同时有效滤除电池充放电期间交流工频干扰和高频干扰。

主要技术特点

１、采样精度高单体电压测量误差小于0.5%

２、采样速度快１００ｍｓ完成一节电池电压检测

３、高隔离电压控制系统和检测电路之间通过ＤＣ４０００Ｖ耐压测试

４、耐受高共模电压每两个采样点可承受４００Ｖ的电池组共模电压，保证系统安全和稳定性

电池管理系统

电池组充放电电流检测

利用分流器和高精度能量计量芯片完成对电池组充放电电流的检测。目前通常的高功率系统电流采样基本上是采用隔离式电流传感器（ＬＥＭ模块）方式，这种方案中存在电流传感器线性度差、零漂大热稳定性差等缺点。

检测误差：小于0.5%

电池管理系统

电池组SOC估算

１、针对纯电动车辆

采用安时积分和ＳＯＣ－ＯＣＶ曲线结合方式，结合电池环境温度和电池组使用次数等参数确定。

２、针对混合动力车辆

混合动力车辆对ＳＯＣ估算的要求比较严格，因为整车控制策略需要电池SOC数据参与，为保证电池组的寿命需要将电池组的SOC控制在30%~70%之间。采用在电池模型和ＳＯＣ－ＯＣＶ曲线基础上，考虑电池极化效应的影响，利用双卡尔曼滤波器同时计算内阻抗和SOC以及内阻抗和SOC误差，消除初始SOC误差。重点考虑30%和70%两个点的测量。目前SOC估算误差在8%以内。