《浅谈电池成组技术》- 众泰新能源汽车

大，会产生局部的过热，从而影响电池的安全和性能。
图4 大容量单体锂电池容易产生过热
3
锂电池低温性能差
■锂电池低温性能差，以磷酸铁锂电池低温性能为甚。
图5 磷酸铁锂电池的低温性能不佳
动力电池成组技术的主要方面
■定期维护 ■提高电池制造工艺水平
■温度管理技术
主要方面
■安装技术
■分选技术
■ 配备优良的电池管理系统 ：实时监控、荷电状态计算、 电气控制管理、电池均衡
3
市场价格水平
■ BMS的价格与电池包中的单体电池数量成正比。
因为BMS 除了必需的电池控制单元以外，针对每个电池都要有检测处理单元。
■Hale Waihona Puke Baidu
价格高的原因：
1. 不通用：因电池、车型不同， BMS各自单独专门设计。
2. 市场需求不够，未规模化生产。
杭州杰能动力有限公司
■ 隶属于众泰汽车集团，专业生产： 整车控制系统、电池管理系统等新能源汽车核心零部件
掌握电池的工作状态，以保证电池的安全。
原理
采集数据
处理分析
输出控 制信号
图13 BMS原理图
结构
■ BMS包含多个处理模块：
数据采集，SOC估算，电气控制，安全管控，热管理，数据通信和显示等
图14 BMS结构图
数据通信
每个BMS基本上都留有与计算机的通信接口，便于在计算机上对电池数据信息进行分析。 ■ 数据通信是BMS的重要组成部分之一。
1
市场需求
纯电动汽车
混合 动力
插电式 混合动力
电池组
电动摩托车
电动自行车
2
技术发展情况
1 .电池剩余电量的估算方法还存在缺陷； 2 .需要采集的数据量大，精度要求高；
BMS设计上的 技术难点
3 .电池状态的非线性变化制约了SOC的预测精度； 4 .内部电路复杂，安全性差，抗干扰能力要求高； 5 .电池自身的安全性问题。
ABM-BMS-1M 2×23芯接 口 204mm×128mm×40mm 电池电压采集 故障诊断 电池均衡管理
ABM-BMS-1M1S 3×23芯接口 360mm×128mm×40mm 电池电压采集 故障诊断 电池均衡管理
杭州杰能动力有限公司
主动均衡BMS系统
电压 2mv 电流 0.5% 温度 0.5℃ 绝缘电阻 记录充放电次数 估算电荷（SOC）状态
就可以将能量传递到能量少的电池。
2
2
主动均衡
集中式 集中式均衡方法
单向均衡
双向均衡
指从整组/单个电池获取能量，然后通过电能转换装置向能量少的电池补充电量。
■ 根据均衡器处理能量的可能流向，分为：单向均衡、双向均衡。 ■ 单向型均衡器，使用自组高压到单体低压的变换器适用于放电均衡，使用自单体低压到 组高压的逆变器适合充电均衡。 ■ DC/DC 单向均衡：均衡性能有限，目前量产均衡电流可以到1A。
2
2
主动均衡
集中式
图25 两节单体电池使用主动均衡后的收敛性曲线
■ DC/DC双向均衡：均衡效果理想，成本高，结构复杂
适用于大型动力电池或储能站电池，目前量产均衡电流可以到5A。
3
两种均衡的比较
图27 主动均衡充放电模型
■ 总的来说，主动均衡具有较高的性能优势，能在短时间内快 速完成一致性均衡，但是成本要高出被动均衡许多。
缺点
均衡电流很小，效果不明显，如果将均衡电流调大，会产生很 高的热量，会影响元器件寿命，同时增加安全隐患。
优点
电路结构简单，成本较低。
2
主动均衡
■ 主动均衡，即能量转移式，将单体能量高的转移到单体能量低的， 或用整组能量补充到单体最低电池。
图20 主动均衡充放电模型
■主动式无损均衡，根据能量的流动方式分为集中式和分散式， 这两种方式的最终目的都可以均衡整组电池。
2
主动均衡
分散式主动均衡
主动 均衡
■主动均衡，即能量转移式，将单体能量高的转移到单 体能量低的，或用整组能量补充到单体最低电池。
集中式主动均衡
2
1
主动均衡
分散式 分散式均衡方法
电容式储能
电感式储能
在相邻的电池之间存在一个储能环节，这个储能环节可以是电感，也 可以是电容，这样就可以让能量在相邻电池之间流动，能量多的电池
杭州杰能动力有限公司 主要产品
DC/DC转换器
电池管理系统
整车控制器
杭州杰能动力有限公司
主动均衡BMS系统
■采用集中式双向均衡的均衡策略，提供电池真正所需要的均衡。
BMU 81芯接口 145mm×98mm×39.5m m 数据接收 数据分析 解决方案
HMU 16芯接口 138mm×93mm×37.5mm 电池组高压检测 电流采集 SOC计算 绝缘电阻检测
电池故障报警 与车载监控设备通讯 将电池信息传输到显示器 通过接口实现警示和保护功能 与充电机通讯实现充电保护
监测功能
BMS产品功能
主动均衡 均衡电流最大达5A 防止过充过放 提高电池利用率 增加汽车行驶里程 延长电池使用寿命
故障与通讯
均衡功能
谢谢大家
安全状态
监测
电流
荷电状态
温度
故障分级报警
电气控制
1 保护
■过充保护 ■过放保护 ■过流保护
图15 电池循环使用区间
电气控制
2 充电控制
■ 锂电池常规充电法按：预充、恒流、恒压三个阶段进行
图16 常规充电法电压-电流曲线
电气控制
2 充电控制
■ 为实现高通用性，使管理系统和外部的充电器单独工作，电池管理系 统应采用间歇式充电法。
浅谈电池成组技术
单体电池
电池组
影响电池组寿命的因素
电池组不 一致性
短路/漏电
6
1
过大电流
5
影响因素
2
电池单体 高温隐患
过充/过放
4
3
锂电池低 温性能差
1
电池组不一致性
表1 生产和使用过程均会造成电池性能不一致
1.1 影响电池成组寿命的因 素1.1.1 电池成组不一致性
图1 生产和使用过程均会造成电池性能不一致
图17 间歇式充电法电压-电流曲线
均衡功能 ■分类
均衡
从控制性的角度
从实现方式的角度
从被均衡对象的角度
主动均衡 被动均衡
软件方案 硬件方案
单体间均衡 单体和组之间 均衡 组间均衡。
1
被动均衡
■ 被动均衡，即电阻耗能式，在每一颗单体电池并联一个电阻分流，耗能 均衡就是将容量多的电池中多余的能量消耗掉，实现整组电池电压的均衡。 有硬件和软件两种实现方案。
■ 单体电池性能的优劣直接 ■ 容量最小的电池被过充过放， 2.3 电池成组不一致性 影响整组电池的充放电特性， 受损后使得容量变得更小，形成 电池组容量降低。 恶性循环；
图2 电池成组寿命远远低于单体电池的寿命
图3 容量最小电池影响成组放电
2
电池单体高温隐患
■单体电池有一定的温度耐受范围，在实际应用中如果体积过
CAN总线
目前数据通信主要采用的方式。
无线通信
电力载波
可减少布线，降低内部电路复杂程 度，但可靠性和抗干扰能力差。
■ 在采用智能电池模块时，可以选择使用无线通信方式，
或者通过电力载波的方式与主控制器通信。
主要功能
动 态 监 测
电 气 控 制
动 态 均 衡
表2 BMS 的主要任务和输入输出
监测
电压
热管理实施方案图
解决方案: 采用BMS–电池管理系统
■ 电池管理系统 BMS (Battery Management System)
对锂离子电池电压、电流、温度、容量、荷电状态、电池与车 体的绝缘状态等多种电池参数，以CAN总线通讯的方式与车控电脑实
时进行信息交换，确保电池的能量发挥到极致，使驾驶者能够随时
温度管理
温度管 理的重 要性
温度管 理的主 要任务
• 电池在不同的温度下会有不同的工作性能。温度 的变化会影响电池的SOC、开路电压、内阻和可 用能量，甚至使用寿命。也会引起电池均衡问题。
• 通过车载空调器使电池工作在适当的温度范围内；
降低各个电池模块之间的温度差异。
温度管理
集成热管理的电池成组