电池管理系统BMS---原理篇.doc

电池管理系统(BMS)可根据起动能力对充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)进行快速、可靠的监测,以提供必要的信息。因此,BMS能够最大限度地降低因为电池意外失效而导致的汽车故障次数,从而尽可能地提升电池使用寿命和电池效率,并实现CO2减排功能。BMS的关键元件是智能电池传感器(IBS),它可以测量电池的端电压、电流和温度,并计算出电池的状态。电能管理系统用来为起停系统供电的典型供电网络包含一个车身控制模块(BCM)、一个电池管理系统(BMS)、一个发电机和一个DC/DC转换器(见图1)。BMS借助专用的负载管理算法为BCM提供电池状态信息,BCM通过对发电机和DC/DC转换器进行控制来稳定和管理供电网络。DC/DC转换器为汽车内部的各个用电部件分配电能。通常,铅酸电池的BMS直接安装在电池夹上的智能连接器中。该连接器包括一个低阻值的分流电阻(通常在100μΩ范围内)和一个带有高度集成器件(具有准确测量和处理功能)的小型PCB,称为智能电池传感器(IBS,见图2)。IBS即便是在最恶劣的条件下以及在整个使用寿命中都能以高分辨率和高精确度测量电池电压、电流和温度,从而正确预测电池的充电状态(SoC)、健康状态(SoH)和功能状态(SoF)。这些参数定期或根据要求通过已获汽车行业认证的车载网络传送至BCM。除上述功能与参数性能外,对IBS提出的其它关键要求包括低功耗、能够在恶劣的汽车环境中(即EMC、ESD)工作、进行汽车OEM厂商验收的车载通信接口一致性测试(即LIN)、满足汽车等级测试限制(针对被测参数的6σ限制),另外还需符合AEC-Q100标准要求。电池监控正如前一段中所提到的,IBS的主要用途是监控电池状态,并根据需要将状态变量传送至BCM或者其他ECU。将测量到的电池电流、电池电压和温度采样值作为电池监控输入。电池监控输出为SoC、SoH和SoF。(SoC)SoC的定义非常直观,通常以百分数的形式表示。完全充电的电池SoC为100%,完全放电的电池SoC为0%。SoC值随电池的充电和放电而改变。Thisleadstoformula(1),whereCristheremaining(dischargeable)capacityofthebatteryandCaisthetotalavailablebatterycapacity:该值通过公式(1)计算,其中Cr代表电池的剩余(可放电)电量,Ca代表电池的可用总电量:但是,常常会出现可用电池电量与电池的标称容量(通常标注在电池外壳上)不同的问题。对于一个新电池,它可能比标称容量更高,对于已经使用一段时间的电池来说,可用电量会降低。另一个问题是,实际可用电量很难根据IBS的输入值来确定。因此,来评定,它具有多项优点:特定SoC的电池可用充电量是已知的,是在确定的电流(/20h)和温度(27°C)下来测定的。共有2种常用的SoC计算方法:库仑计数法,也称为电流积分或安时平衡,以及开路电压(OCV)测量。库仑计数法是跟踪SoC快速变化的最佳算法。它基于对流入和流出电池的电流进行积分,并相应地调整计算出的电池SoC。公式(2)用于SoC计算,其中Q(t0)表示电池的初始电量,α表示效率因子,i(t)表示电流(正向或反向),Cn表示电池的标称容量。除α因子外,公式中的参数都非