新能源汽車電池均衡技術和故障診斷

新能源汽車電池均衡技術和u電池均衡技術n能量非耗散型電路的耗能比能量耗散型要小，但電路結構相對復雜，可分為能量轉換式均衡和能量轉移式均衡兩種。n能量轉換式均衡是通過開關信號，由鋰離子電池組整體向單體電池進行補充。單體向整體轉換典型拓撲結構圖整體向單體轉換典型拓撲結構圖u電池均衡技術n能量轉移式均衡是利用電感或電容等儲能元件，把鋰離子電池組中容量高的單體電池中的能量轉移到容量比較低的電池上。能量轉移式典型電路拓撲結構按均衡功能分類：充電均衡、放電均衡和動態(tài)均衡。充電均衡是指在充電過程中的均衡，一般是在電池組單體電壓達到設定值時開始均衡，減小充電電流從而防止過充電。開關電阻耗散型均衡和單體到電池組能量轉換式均衡主要用于充電均衡方式。充電均衡的使用，加大了低容量電池過放的可能。放電均衡是在放電過程中的均衡，通過向電壓低的單體電池補充能量來防止過放電。另外一種放電均衡方式是根據電池組中單體電壓值的大小，改變放電時間的長短。放電均衡的使用，加大了低容量電池過充的可能。動態(tài)均衡方式結合了充電均衡和放電均衡的優(yōu)點，在整個充放電過程中對電池組進行均衡。電容、電感型能量轉移方式主要應用于此類均衡方式。主動均衡是在使用過程中對電池容量進行主動調整，當電池間出水平低的電池的能量輸出，對能量水平高的電池則采取相反的操作。被動均衡是針對蓄電池端電壓差值進行調整，均衡效果都有局限性。按能量回路處理的方式分類：分為斷流和分流處理。斷流指在監(jiān)控單體電壓變化的基礎上，在滿足一定條件時把單體電池的充電或負載回路斷開，通過機械觸點或電力電子部件組成部件有機械、繼電器、半導體。分流并不斷開電池的工作回路，而是給每只電池各增加一個旁路的單體電池特性。均衡系統(tǒng)的分類u能量耗散型均衡n主要通過令電池組中能量較高的電池利用其旁路電阻進行放電的方式損耗部分能量，以期達到電池組能量狀態(tài)的一致。如混合動力汽車。u能量非耗散型均衡n能量非耗散式均衡電路拓撲結構目前已出現很多種，本質上均是利用儲能元件和均衡旁路構建能量傳遞通道，將其從能量較高電池直接或間接轉移至能量較低的電池能量耗散型均衡管理u通過單體電池的并聯電阻進行充電分流從而實現均衡u電路結構簡單，均衡過程一般在充電過程中完成于電阻的發(fā)熱引起電路的熱管理問題u只適合在靜態(tài)均衡中使用，其高溫升等特點降低了系統(tǒng)的可靠u僅適合于小型電池組或者容量較小的電池組。能量耗散型均衡管理u恒定分流電阻均衡充電電路n每個電池單體上都始終并聯一個分流電阻。n可靠性高，分流電阻的值大，通過固定分流來減小由于自放電導致的單體電池差異n無論電池充電還是放電過程，分流電阻始終消耗功率，能量損失大n一般在能夠及時補充能量的場合適用u開關控制分流電阻均衡充電電路n工作在充電期間，可以對充電時單體電池電壓偏高者進行分n當單體電池電壓達到截止電壓時，阻止其過充并將多余的能量轉化成熱能n由于均衡時間的限制，導致分流時產生的大量熱量需要通過熱管理系統(tǒng)耗散，尤其在容量比較大的電池組中更加明顯非能量耗散型均衡管理或者將單體電池能量向整體電池組進行能量轉換非能量耗散型均衡管理u利用電感或電容等儲能元件，把電池組中容量高的單體電池，通過儲能元件轉移到容量比較低的電池上故障診斷內容絕緣電阻測量過流保護與報警過溫保護與報警過壓保護與報警繼電器、風扇故障檢測與報警絕緣電阻測量電路絕緣電阻測量電路風扇與接觸器控制電路2.6故障診斷研究u電動汽車自燃事件頻出，究其原因主要與電池管理系統(tǒng)的熱管理有關。u由于過高或過低的溫度都將直接影響動力電池的使用壽命和性的長久不均勻分布將造成各電池模塊、單體間性能的不均衡，因此電池熱管理系統(tǒng)對于電動車輛動力電池系統(tǒng)而言是必需的。可靠、高效的熱管理系統(tǒng)對于電動車輛的可靠安全應用意義重大。動力電池熱管理系統(tǒng)的功能①電池溫度的準確測量和監(jiān)控；②電池組溫度過高時的有效散熱和通風；③低溫條件下的快速加熱；④有害氣體產生時的有效通風；⑤保證電池組溫度場的均勻分布。電池內傳熱的基本方式n指物質與物體直接接觸而產生的熱傳遞。電池內部的電極、電解液、集流體等都是熱傳導介質。u對流換熱n電池表面的熱量通過環(huán)境介質（一般為流體）的流動交換熱量，和溫差成正比u輻射換熱n主要發(fā)生在電池表面，與電池表面材料的性質相關電池組熱管理系統(tǒng)設計實現u按照傳熱介質分空冷、液冷和相變材料冷卻u空冷系統(tǒng)又分串行通風方式和并行通風方式兩種電池組熱管理系統(tǒng)設計實現u按照是否有內部加熱或制冷裝置可分為被動式和主動式兩種電池列前后纏繞硅膠加熱線電池列間添加電池本體上包覆電池上、下添加加熱板灰色關聯度分析電池健康管理無量綱處理絕對差關聯系數關聯度動力電池電安全管理系統(tǒng)的功能u主要包括煙霧報警、絕緣檢測、自動滅火、過電壓和過電流控制、過放電控制、防止溫度過高、在發(fā)生碰撞的情況下關閉電池等功能。n動力電池在電動車輛上安裝應用，因此必須滿足車輛部件的耐n為滿足防水、防塵要求，電池包應滿足一定的IP防護等級n在極端工況下，通過電池安全管理系統(tǒng)應能實現電池包的高壓斷電保護、過流斷開保護、過放電保護、過充電保護等功能。煙霧報警u在車輛行駛過程中由于路況復雜及電池本身的工藝問題，可能由于過熱、擠壓和碰撞等原因而導致電池出現冒煙或著火等極嚴重影響帶車輛運行的安全性。u動力電池管理系統(tǒng)中煙霧報警的報警裝置應安裝于駕駛員控制證駕駛員能夠及時發(fā)現，能接收報警器發(fā)出的報警信號。u由于煙霧的種類繁多，一種類型的煙霧傳感器不可能檢測所有的氣體，通常只能檢測某一種或兩種特定性質的煙霧。u在動力電池上應用，需要在了解電池燃燒產生的煙霧構成的基礎上進行傳感器的選擇。一般電池燃燒產生大量的CO和CO2，因此可以選擇對這兩種氣體敏感的傳感器。在傳感器的結構上需要適應于車輛長期應用的振動工況，防止由于路面灰塵、振動引起的傳感器誤動作。煙霧報警實例絕緣檢測方法(1)漏電直測法n將萬用表打到電流檔，串在電池組正極與設備外殼(或者地)之間，可檢測到電池組負極對殼體之間的漏電流n將萬用表打到電流檔，串在電池組負極與殼體之間檢測電池組正極對殼體之間的漏電流。n該方法簡單易行，在現場故障檢測、車輛例行檢查中常用。(2)電流傳感法n將電池系統(tǒng)的正極和負極動力總線一起同方向穿過電流傳感器，當沒有漏電流時，從正極流出的電流等于返回到電源負極的電據該電壓的正負可以進一步判斷該漏電電流是來自于電源正極還是負極n應用這種檢測方法的前提是待測動力電池組必須處于工作狀態(tài)，要有工作電流的流入和流出，它無法在系統(tǒng)空載的情況下評價電池系統(tǒng)對地的絕緣性能。(3)絕緣電阻表測量法一種測量儀表n用絕緣電阻表可直接測量絕緣電阻的阻值u電路測量方法n常用的直流電壓絕緣測量原理動力電池數據通信系統(tǒng)u數據通信是電池管理系統(tǒng)的重要組成部分之一。u電池管理系統(tǒng)內部主控板與檢測板之間的通信u電池管理系統(tǒng)與車載主控制器、非車載充電機等設備間的通信u在有參數設定功能的電池管理系統(tǒng)上，還有電池管理系統(tǒng)主控板與上位機的通信。uCAN通信方式是現階段電池管理系統(tǒng)通信應用的主流uRS232、RS485總線等方式在電池管理系統(tǒng)內部通信中也有應動力電池數據通信系統(tǒng)實例電壓采集與仿真結果真實電池組在60A放電電流下單體電壓輸出曲線電壓采集與仿真結果電池組模型在60A放電電流下單體電壓輸出曲線