电池管理系统为新能源汽车可靠性提供保障

日期:2017-08-20 作者:润欣科技 返回列表

人们对生存环境的持续关注促使了清洁型能源的发展,随着清洁能源在生活中的不断普及,电动汽车呈现了快速增长的趋势,并逐渐取代现在流行的燃油车,甚至出现了一些电动货车。


纯电动和混合动力汽车市场正在快速增长,由于特斯拉等电动汽车品牌的推动,纯电动汽车(EV)和混合电动汽车(PHEV)将成为未来汽车工业的重要部分。根据GVR(Grand View Research)公司的调研,受政府退税,补贴政策的影响,到2025年,全球电动汽车市场将达到460亿美元。 


最近,法国宣称从2040年开始法国将全面停止出售汽油车和柴油车,此前德国也提出到2030年禁售燃油车的计划。


挪威是世界上最大的石油生产国之一,为了在2025年之前禁用燃油汽车,挪威政府降低了购买电动汽车的增值税。其次,政府提出了电动汽车不收取高速公路过路费,允许使用公交车专用车道,提供免费的充电桩等政策。


此外,印度宣布到2030年市场上只能销售电动车;英国宣布从2040年开始禁止销售新的汽油车和柴油车,至少已经有10个国家宣布了燃油车禁用计划。


越来越多的电动汽车推出市场,但要想打破以燃油车为主的汽车市场,动力技术还需要不断提升。作为开发设计人员,开发一个可靠的,高效的,适应性强的电池管理系统(BMS)是其中的关键。


本文将深入研究电池管理系统中的一些电力电子元件,它们是保证动力系统稳定,安全的关键部件。


•电池管理系统(BMS)-- 电动汽车和混合动力汽车的关键技术•电池管理系统可以被认为是电池组的“大脑”,主要负责确保电池在安全状态下工作。锂电池是纯电动汽车和混合动力汽车的理想储能方案,它具有轻便、高能量密度、低自放电和记忆效应等性能。


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•但锂电池方案也面临一些设计问题:

1.锂电池放电产生的过热问题

2.低于容量的5%会产生容量衰减


•电池管理系统可以被认为是电池组的“大脑”,主要负责保护电池不在安全状态下工作。电动汽车的主要电能储存技术是锂离子电池。轻便、高能量密度、低自放电和记忆效应已经将该技术用于EV、PHEV的理想解决方案。然而它们面对的一个关键设计问题。


•电池类似于小型炸弹,为确保其使用者的安全和可靠,电池需要严格管理。电池的充电和放电是通过无法检测的化学反应完成的,在这个过程中,热量起着根本性的作用;众所周知,当热量增加时,导体电阻增加,反之电阻降低。


•电就像水一样,当密封起来时,它是静静的,不流动的;一旦出现一个通路,它会流过阻碍最少的路径。


•同样用水作类比,把电池的单元看作是给城市供水管网供水的蓄水池。在每个蓄水池进出口位置的调节阀用来调节水压,保证低压时可以给所有的蓄水池供水,高压时不能涨破水管。


•为了调节电池单元的能量流动,电池管理系统中,每个电池单元配有两个场效应管,分别用来做充电和放电控制开关,根据电池的荷电状态、电压和温度条件选择充电或放电。电池管理系统通过脉冲,打开和关闭这些场效应管。因此需要高隔离变压器将控制电路电源部分隔离。Pulse的ph9185.xxxnl系列具有高的绝缘特性,可以有效进行控制电路与电源部分的隔离。


•EV、PHEV汽车中电池管理系统的三种方法


•1.电压


电池管理系统是负责监测每个电池的电压状态,避免电池出现过压或欠压,造成电池出现引起热击穿失效。因此保持电池单元电压的一致性是至关重要的,电池管理系统采用均衡充电技术调整不一致的电池单元。为了实现均衡充电,BMS系统采用传感器检测每一个电池单元的电压的升降,通过采集得的电压信号判断电池电压是否在标准范围内。普思电子的PA4334系列电感,可以完成电压的采集工作。


•2.温度


电池管理系统也负责测量电池组的温度。如果检测到过热情况,BMS系统会通过停止恢复性充电或减少电池包的放电的方式将单个电池单元的温度控制在安全的操作范围。


•3.荷电状态(SoC)


电池管理系统的另一个重要的能量管理功能是确定电池的荷电状态(SOC),确保所有电池都均匀放电,并防止放电低于阈值电压,导致永久性的降低它们的容量。电池管理系统通过通讯方式接收每个电池单元剩余的电量,进行库伦计算。为保证数据的及时和准确传输,保证通讯系统的安全性和抗干扰性能电子器件是十分重要的。Pulse的HMU2102NL实现了通讯系统的安全隔离信号的抗干扰,它通过菊花链架构可以支持多组串联,实现同时监测上百个电池单元。


•锂电池储能是通过电解液,持续的将从阳极置换出的锂离子移动到阴极完成的。理想充电方式是恒流恒压充电,在充电过程中需要使用高电流电感器限制电流变化率和消除对充电电流纹波。Pulse的PA434XNL系列可实现这个功能。


•一个好的电池管理系统的价值


总的来说,电池管理系统是确保电能存储系统安全高效地运行。对EV、PHEV产业最重要的问题是证明电动汽车越来越好。


一般来说,汽车是很复杂的,有些司机并不真正了燃油汽车的工作状态。但大多司机可以轻松的了解电动汽车和插电式混合动力车的工作状态。这归功于电气工程师和设计师们通过创新力的磁性元件,有效地评估和控制每一个电池的性能和健康状况,并将这些数据整合成一个强大的电池管理系统,使电能存储系统更安全、更耐用。 

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