电动汽车电池管理系统BMS(精品课件)
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使用场合 价格
普及程度
分流器
有
需插入主电路
直流、交流、 脉冲 无隔离
小信号放大、 需控制处理 小电流、控制
测量 较低 普及
互感器
无 开孔、导线传
入 交流
隔离
使用较简单 交流测量、电
网监控 低 普及
霍尔元件电流 传感器 无
开孔、导线传 入
直流、交流、 脉冲 隔离
使用简单
控制测量
较高 较普及
光纤传感器 无 -
。可以根据一定的充放电倍率时电池组的开路电 压和SOC的对应曲线，通过测量电池组开路电压 的大小，插值估算出电池SOC的值
SOC估计常用的算法
❖ (2)容量积分法 ❖ 容量积分法是通过对单位时间内，流入流出电池
组的电池进行累积. 从而获得电池组每一轮放电 能够放出的电量，确定电池SOC的变化。
直流、交流 隔离 -
高压测量，店 里系统常用
高 未普及
7.2 动力电池电量管理系统
1 掌握电池SOC估算精度的影响因素 2 掌握精确估计SOC的作用 3 掌握电池SOC估计常用的算法
引入
❖ 电池电量管理是电池管理的核心内容之一，对于 整个电池状态的控制，电动车辆续驶里程的预测 和估计具有重要的意义
▪ 电池的容量在循环过程中会逐渐减少。
❖ (4)自放电
▪ 自放电大小主要与环境温度有关，具有不确定性。
❖ (5)一致性
▪ 电池组的一致性差别对电量的估算有重要的影响。
精确估计SOC的作用
❖ 1)保护蓄电池。
▪ 准确控制电池SOC范围，可避免电池过充电和过放电
❖ 2)提高整车性能。
▪ SOC不准确，电池性能不能充分发挥，整车性能降低
新能源汽车专业规划教材
“十二五”职业教育国家规划教材
引入
❖电池管理系统( Battery Management System， BMS)是用来对蓄电池组进行安全监 控及有效管理，提高蓄电池使用效率的装置。对 于电动车辆而言，通过该系统对电池组充放电的 有效控制，可以达到增加续驶里程，延长使用寿 命，降低运行成本的目的，并保证动力电池组应 用的安全性和可靠性。动力电池管理系统已经成 为电动汽车不可缺少的核心部件之一。本章将重 点介绍动力电池管理系统的构成、功能和工作原 理。
❖ 由于动力电池荷电状态(SOC)的非线性，并且受 到多种因素的影响，导致电池电量估计和预测方 法复杂，准确估计SOC比较困难。
电池SOC估算精度的影响因素
❖ (1)充放电电流
▪ 大电流可充放电容量低于额定容量，反之亦然。
❖ (2)温度
▪ 不同温度下电池组的容量存在着一定的变化。
❖ (3)电池容量衰减
数采集方法 ❖ 3.掌握动力电池电量管理、电安全管理、均衡管
理、热管理等的实现方法
第7章 电动汽车电源管理系统 7.1动力电池管理系统功能及参数采集方法 7.2 动力电池电量管理系统 7.3 动力电池的均衡管理 7.4 动力电池的热管理 7.5 动力电池的电安全管理及数据通讯
7.1 动力电池管理系统功能及参数采集方法
▪ 应用特点：线性光耦合放大电路不仅具有很强的隔离 能力和抗干扰能力，还使模拟信号在传输过程中保持 较好线性度，电路相对较复杂，精度影响因素较多
基于线性光耦合元件TIL300的电池单体电压采集电路原理图
电池温度采集方法
❖ (1)热敏电阻采集法
▪ 原理：利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特 性，用一个定值电阻和热敏电阻串联起来构成一个分 压器，从而把温度的高低转化为电压信号，再通过模 数转换得到温度的数字信息。
电池温度采集方法
❖ (3)集成温度传感器采集法
▪ 原理及特点：集成温度传感器虽然很多都是基于热敏 电阻式的，但都在生产的过程中进行校正，所以精度 可以媲美热电偶，而且直接输出数字量，很适合在数 字系统中使用。
AD590
18B20
电池工作电流采集方法
项目 插入损耗 布置形式
测量对象 电气隔离 使用方便性
1 掌握电池管理系统的功能 2 掌握单体电压采集方法 3 掌握电池温度采集方法 4 掌握电池电流采集方法 5 能够正确分析各种参数采集法优缺点
电池管理系统的功能
❖ 数据采集、电池状态计算、能量管理、安全管理 、热管理、均衡控制、通信功能和人机接口
单体电压采集方法
❖ (1)继电器阵列法
▪ 组成：端电压传感器、继电器阵列、A/D转换芯片、光 耦、多路模拟开关
▪ 应用特点：所需要测量的电池单体电压较高而且对精 度要求也高的场合使用
单体电压采集方法
❖ （2）恒流源法
▪ 组成：运放和场效应管组合构成减法运算恒流源电路 ▪ 应用特点：结构较简单，共模抑制能力强，采集精度
高，具有很好的实用性。
单体电压采集方法
❖ (3)隔离运放采 集法
▪ 组成：隔离运算 放大器、多路选 择器等
目录
第1章 电动汽车与动力电池发展历程 第2章 电动汽车动力电池基本知识 第3章 铅酸动力电池及其应用 第4章 碱性动力电池及其应用 第5章 锂离子动力电池及其应用 第6章 用于电动汽车的其他动力源 第7章 电动汽车电源管理系统
本章学习目标
❖ 1.掌握动力电池管理系统的功能 ❖ 2.掌握动力电池管理系统电压、电流、温度等参
▪ 应用特点：系统 采集精度高，可 靠性强，但成本 较高
单体电压采集方法
❖ (4)压Leabharlann Baidu频转换 电路采集法
▪ 组成：压/频转换 器、选择电路和 运算放大电路
▪ 应用特点：压控 振荡器中含有电 容器，而电容器 的相对误差一般 都比较大，而且 电容越大相对误 差也越大
单体电压采集方法
❖ (5)线性光耦合放大电路采集法
❖ 3)降低对动力电池的要求。
▪ 准确估算SOC，电池性能可充分使用，降低对动力电 池性能的要求
❖ 4)提高经济性。
▪ 选择较低容量的动力蓄电池组可以降低整车制造成本 ▪ 由于提高了系统的可靠性，后期维护成本降低
SOC估计常用的算法
❖ （1）开路电压法 ❖ 随着放电电池容量的增加，电池的开路电压降低
▪ 特点：热敏电阻成本低，但线性度不好，而且制造误 差一般也比较大。
电池温度采集方法
❖ (2)热电偶采集法
▪ 原理：采集双金属体在不同温度下产生不同的热电动 势，通过查表得到温度的值。
▪ 特点：由于热电动势的值仅和材料有关，所以热电偶 的准确度很高。但是由于热电动势都是毫伏等级的信 号，所以需要放大，外部电路比较复杂。
普及程度
分流器
有
需插入主电路
直流、交流、 脉冲 无隔离
小信号放大、 需控制处理 小电流、控制
测量 较低 普及
互感器
无 开孔、导线传
入 交流
隔离
使用较简单 交流测量、电
网监控 低 普及
霍尔元件电流 传感器 无
开孔、导线传 入
直流、交流、 脉冲 隔离
使用简单
控制测量
较高 较普及
光纤传感器 无 -
。可以根据一定的充放电倍率时电池组的开路电 压和SOC的对应曲线，通过测量电池组开路电压 的大小，插值估算出电池SOC的值
SOC估计常用的算法
❖ (2)容量积分法 ❖ 容量积分法是通过对单位时间内，流入流出电池
组的电池进行累积. 从而获得电池组每一轮放电 能够放出的电量，确定电池SOC的变化。
直流、交流 隔离 -
高压测量，店 里系统常用
高 未普及
7.2 动力电池电量管理系统
1 掌握电池SOC估算精度的影响因素 2 掌握精确估计SOC的作用 3 掌握电池SOC估计常用的算法
引入
❖ 电池电量管理是电池管理的核心内容之一，对于 整个电池状态的控制，电动车辆续驶里程的预测 和估计具有重要的意义
▪ 电池的容量在循环过程中会逐渐减少。
❖ (4)自放电
▪ 自放电大小主要与环境温度有关，具有不确定性。
❖ (5)一致性
▪ 电池组的一致性差别对电量的估算有重要的影响。
精确估计SOC的作用
❖ 1)保护蓄电池。
▪ 准确控制电池SOC范围，可避免电池过充电和过放电
❖ 2)提高整车性能。
▪ SOC不准确，电池性能不能充分发挥，整车性能降低
新能源汽车专业规划教材
“十二五”职业教育国家规划教材
引入
❖电池管理系统( Battery Management System， BMS)是用来对蓄电池组进行安全监 控及有效管理，提高蓄电池使用效率的装置。对 于电动车辆而言，通过该系统对电池组充放电的 有效控制，可以达到增加续驶里程，延长使用寿 命，降低运行成本的目的，并保证动力电池组应 用的安全性和可靠性。动力电池管理系统已经成 为电动汽车不可缺少的核心部件之一。本章将重 点介绍动力电池管理系统的构成、功能和工作原 理。
❖ 由于动力电池荷电状态(SOC)的非线性，并且受 到多种因素的影响，导致电池电量估计和预测方 法复杂，准确估计SOC比较困难。
电池SOC估算精度的影响因素
❖ (1)充放电电流
▪ 大电流可充放电容量低于额定容量，反之亦然。
❖ (2)温度
▪ 不同温度下电池组的容量存在着一定的变化。
❖ (3)电池容量衰减
数采集方法 ❖ 3.掌握动力电池电量管理、电安全管理、均衡管
理、热管理等的实现方法
第7章 电动汽车电源管理系统 7.1动力电池管理系统功能及参数采集方法 7.2 动力电池电量管理系统 7.3 动力电池的均衡管理 7.4 动力电池的热管理 7.5 动力电池的电安全管理及数据通讯
7.1 动力电池管理系统功能及参数采集方法
▪ 应用特点：线性光耦合放大电路不仅具有很强的隔离 能力和抗干扰能力，还使模拟信号在传输过程中保持 较好线性度，电路相对较复杂，精度影响因素较多
基于线性光耦合元件TIL300的电池单体电压采集电路原理图
电池温度采集方法
❖ (1)热敏电阻采集法
▪ 原理：利用热敏电阻的阻值随温度的变化而变化的特 性，用一个定值电阻和热敏电阻串联起来构成一个分 压器，从而把温度的高低转化为电压信号，再通过模 数转换得到温度的数字信息。
电池温度采集方法
❖ (3)集成温度传感器采集法
▪ 原理及特点：集成温度传感器虽然很多都是基于热敏 电阻式的，但都在生产的过程中进行校正，所以精度 可以媲美热电偶，而且直接输出数字量，很适合在数 字系统中使用。
AD590
18B20
电池工作电流采集方法
项目 插入损耗 布置形式
测量对象 电气隔离 使用方便性
1 掌握电池管理系统的功能 2 掌握单体电压采集方法 3 掌握电池温度采集方法 4 掌握电池电流采集方法 5 能够正确分析各种参数采集法优缺点
电池管理系统的功能
❖ 数据采集、电池状态计算、能量管理、安全管理 、热管理、均衡控制、通信功能和人机接口
单体电压采集方法
❖ (1)继电器阵列法
▪ 组成：端电压传感器、继电器阵列、A/D转换芯片、光 耦、多路模拟开关
▪ 应用特点：所需要测量的电池单体电压较高而且对精 度要求也高的场合使用
单体电压采集方法
❖ （2）恒流源法
▪ 组成：运放和场效应管组合构成减法运算恒流源电路 ▪ 应用特点：结构较简单，共模抑制能力强，采集精度
高，具有很好的实用性。
单体电压采集方法
❖ (3)隔离运放采 集法
▪ 组成：隔离运算 放大器、多路选 择器等
目录
第1章 电动汽车与动力电池发展历程 第2章 电动汽车动力电池基本知识 第3章 铅酸动力电池及其应用 第4章 碱性动力电池及其应用 第5章 锂离子动力电池及其应用 第6章 用于电动汽车的其他动力源 第7章 电动汽车电源管理系统
本章学习目标
❖ 1.掌握动力电池管理系统的功能 ❖ 2.掌握动力电池管理系统电压、电流、温度等参
▪ 应用特点：系统 采集精度高，可 靠性强，但成本 较高
单体电压采集方法
❖ (4)压Leabharlann Baidu频转换 电路采集法
▪ 组成：压/频转换 器、选择电路和 运算放大电路
▪ 应用特点：压控 振荡器中含有电 容器，而电容器 的相对误差一般 都比较大，而且 电容越大相对误 差也越大
单体电压采集方法
❖ (5)线性光耦合放大电路采集法
❖ 3)降低对动力电池的要求。
▪ 准确估算SOC，电池性能可充分使用，降低对动力电 池性能的要求
❖ 4)提高经济性。
▪ 选择较低容量的动力蓄电池组可以降低整车制造成本 ▪ 由于提高了系统的可靠性，后期维护成本降低
SOC估计常用的算法
❖ （1）开路电压法 ❖ 随着放电电池容量的增加，电池的开路电压降低
▪ 特点：热敏电阻成本低，但线性度不好，而且制造误 差一般也比较大。
电池温度采集方法
❖ (2)热电偶采集法
▪ 原理：采集双金属体在不同温度下产生不同的热电动 势，通过查表得到温度的值。
▪ 特点：由于热电动势的值仅和材料有关，所以热电偶 的准确度很高。但是由于热电动势都是毫伏等级的信 号，所以需要放大，外部电路比较复杂。