纯电动汽车动力电池管理系统(BMS)控制原理

BMS(Battery Management System)的全称是电池管理系统,它用于监控和管理动力蓄电池。BMS系统把动力蓄电池作为提供动力的能源来源。通过对蓄电池的电压、电流、温度以及充放电状态等参数进行采集和计算,BMS控制电池的充放电过程,从而提高电池的安全性和续航里程等综合性能。车吉祥汽修软件简而言之,BMS系统就是对电池进行智能化管理,以确保电池的安全运行并提升电池的性能。


锂电池模块可以视作多个电池串联。

BMS(电池管理系统)的作用是确保电池在放电过程中保持电量均衡,不会出现一些电池很快耗尽而其他电池仍然有很多电的情况,这可能导致个别电池被放得太低的问题。同时,BMS还要确保在充电过程中,所有的电池都能够平均充满,不会出现一些电池充满了而其他电池还没有充满的情况,这可能引起个别电池过充的问题。换句话说,BMS就像是一个平衡器,保持电池之间的电量均衡,防止出现过度放电和过度充电的情况。这样可以延长电池的使用寿命,并提高电池的安全性。


电池管理系统组成

电池管理系统包括硬件和软件,硬件由主控盒、从控盒、高压监测盒、电压采集线、电流传感器、温度传感器、电池内部CAN总线等组成。软件由监测电压、监测电流、监测温度、监测绝缘电阻、荷电状态(State of Charge,SOC)估算等程序组成。


主控盒作用

主控盒作用主要有:①接收从控盒发来的实时模块电压和模组温度,并计算最大值和最小值;②接收高压监测盒发来的总电压和总电流;③通过新能源控制器局域网(CAN)与整车控制单元(VCU)、充电机等通信,通过快充CAN与直流充电桩、数据采集终端通信;④控制充放电电流(执行部件是车载充电机、直流快充桩和电机控制器);⑤控制动力电池加热。


从控盒作用

从控盒亦称作电池信息采集盒,从控盒作用主要有:①实时监控每个模块电压;②实时监测每个模组的温度;③监测SOC值;④将以上监测到的数据传送给主控盒。

主控盒大多安装在电池箱内,也有的安装在电池箱外。安装在电池箱内的,采取1主N从,称作分布式;主从合一称作集中式,集中式如线束破损则容易产生安全隐患,进而使BMS短路甚至烧毁。


高压监测盒作用

高压监测盒作用主要有:①监测动力电池总电压,包括主继电器的内外四个监测点(主正继电器内、主正继电器外、主负继电器内、主负继电器外);②监测充放电电流;③监测高压系统绝缘性;④监测高压连接情况;⑤将以上监测到的数据传送给主控盒。


车吉祥汽修软件罗列出BMS功能

BMS是保护和管理电池的核心部件,相当于人的大脑,不仅要保证电池安全可靠的使用,而且要充分发挥电池的能力和延长使用寿命。


(1)控制预充继电器、主正继电器

通过继电器触点闭合与断开,完成动力电池的预充、充电、上电、下电等程序。


(2)数据采集

①高压监测盒采集动力电池总电压、动力电池总电流;②从控盒采集每个单体(模块)电压、每个模组的温度。


(3)状态分析

①电池剩余电量(SOC)评估,让驾驶人了解续驶里程,方法有电荷计量法、断路电压法、卡尔曼滤波法、人工神经网络法、模糊逻辑法;②电池健康度(SOH)评估,评估电池健康(老化)程度、温度对电流影响,供评估SOC参考。


(4)热管理

①在低温情况下对电池包加热;②电池自身有内阻,电流流动产生热量,热量累积温度升高,超出正常温度后会影响电性能和寿命,BMS监测各模组温度,通过冷却液循环或通风散热。


(5)安全保护

①过电流保护,电流超过安全范围,采取安全保护;②过充电保护,充电电压高于上限时,BMS断开充电回路;③过放电保护,放电电压低于下限时,BMS断开放电回路;④过温保护,温度高于或低于正常范围时,禁止充、放电;⑤绝缘监测,BMS实时监测高压正、高压负与车身搭铁的绝缘电阻,如低于安全范围,则断开高压电并发出警告。


充电方式

(1)快充电

BMS通过快充CAN连接直流快充桩、数据采集终端、诊断接口。插上快充枪后,BMS将充电需求传送至直流快充桩,由直流快充桩调节充电电流,快充电过程需要30~45min(常温25℃,SOC由20%→80%)。


(2)慢充电

BMS通过新能源CAN连接VCU、驱动电机控制器、车载充电机、DC/DC控制器、加热器(PTC)控制器、电动压缩机控制器、诊断接口。早期有些车型的BMS通过慢充总线连接车载充电机、数据采集终端。插上慢充枪后,VCU唤醒BMS,将其由睡眠状态转为工作状态,VCU接通电池箱内的主负继电器,BMS先接通预充继电器,再接通主正继电器而断开预充继电器。BMS根据动力电池总电压、模块电压、模组温度,由充电机调节充电电流,慢充电过程需要8~10h(常温25℃,SOC由0%→100%)。


充电前加热

从控盒测量每个模块实时温度,反馈给主控盒,如低于设定值,主控盒指令加热继电器闭合,高压电流通过熔断器和加热膜。


(1)慢充加热回路

慢充加热回路:交流充电桩→车载充电机→高压+→加热继电器触点→熔断器→加热膜→高压-→车载充电机→交流充电桩。


(2)快充加热回路

快充加热回路:直流充电桩→高压+→加热继电器触点→熔断器→加热膜→高压-→直流充电桩。


预充电

慢充预充电回路:交流充电桩→车载充电机→高压+→预充继电器触点→预充电阻→电池组→维修开关(内有熔断器)→电池组→电流传感器→主负继电器触点→高压-→车载充电机→交流充电桩。

快充预充电则是由直流充电桩提供电源。


充电

(1)慢充回路

慢充回路:交流充电桩→车载充电机→高压+→主正继电器触点→电池组→维修开关(内有熔断器)→电池组→电流传感器→主负继电器触点→高压-→车载充电机→交流充电桩。


(2)快充回路

快充回路:直流充电桩→高压+→主正继电器触点→电池组→维修开关(内有熔断器)→电池组→电流传感器→主负继电器触点→高压-→直流充电桩。


上电

(1)预上电回路

打开点火开关,VCU收到15号信号唤醒BMS;BMS自检、初始化,将结果上报VCU;VCU发出电流给主负继电器,主负继电器触点闭合。因电机控制器、电动压缩机控制器内有电容器,BMS首先对电容预放电,然后闭合预充继电器。


预上电回路:动力电池+→预充电阻→预充继电器触点→高压+→负载→高压-→主负继电器触点→电流传感器→动力电池-。


(2)上电回路

当电容电压等于动力电池电压时,BMS闭合主正继电器,断开预充继电器。


上电回路如:动力电池+→主正继电器触点→高压+→负载→高压-→主负继电器触点→电流传感器→动力电池-。


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绝缘监测

绝缘监测回路:①电池正监测回路,动力电池+→绝缘监测电阻R1→主正绝缘监测继电器S1→搭铁;②电池负监测回路,动力电池-→绝缘监测电阻R2→主负绝缘监测继电器S2→搭铁。


BMS分别指令S1、S2 闭合,分别测得电压U1、U2,以及高压总电压U总,将这三者代入公式计算,计算出高压+与搭铁的绝缘电阻、高压-与搭铁的绝缘电阻,然后判断绝缘性能是否正常。




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