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电池BMS系统如何评估与选择

2019-03-15

一、Vmin-EKF算法

电池SOC对于新能源汽车实用性意义重大,而SOC估算是BMS中的重点和难点。由于新能源汽车电池在使用过程中表现的高度非线性,使准确估计SOC具有很大难度。为了更准确估算SOC,很多公司在研究和实现各种智能算法及新型算法的基础上,通过大量的理论和试验,研究电池内部电化学关系,提出"Vmin-EKF"算法模型,该算法可以准确估计电池内部状态。案例:在算法中多尺度地考虑了电池内阻、总容量、传感器漂移等多方面因素,其SOC估算精确度已到达97%以上,实现业界最准确的SOC估算。采用这种算法,仿真结果仅有0.79%的误差,实际使用时,误差在3%以内。

 

  二、LRC状态空间优化模型

 

针对锂电池组状态参数的离散、非凸、非线性的问题,俊风汽车建议可采用LRC状态空间优化模型,该模型通过状态转移矩阵使种群由一种状态转移至另一状态,并通过优势劣态的自然选择机制或其他策略保留优先的个体状态,从而增大找到全局最优解的可能性。基于状态空间优化模型,保障算法的正确性和有效性,降低对芯片资源的要求,具有更好的全局搜索能力和收敛速度。

 

  三、改进的D-Filter算法

 

BMS中,采集到的数据是对电池做出合理有效管理和控制的基础。因此,数据的精度、采样频率和数据过滤就非常重要。鉴于电压、电流、温度的动态变化特征,采样频率通常应不低于1T/S 。锂离子电池的安全性要求高,对电压敏感,所以必须采集每个单体电池的电压,监测到每个电池的温度。俊风汽车建议采用软硬件双重滤波方式,并设置可配置的漂移校准值,确保采集数据准确有效。采用改进的D-Filter算法对电池的系统参数(如动态电池电压、电流等)采集精度误差均在0.2%以内,该指标在业界处于领先。同时如何解决大量信号的测量精度和信号的共地、隔离、抗干扰等问题,也是BMS厂家在数据采集系统设计应高度关注的

 

  四、强电安全多重保护技术

 

电池自身的安全问题,尤其是锂离子电池在过充电时会着火甚至爆炸,因此电池使用的安全问题是国内外各大汽车公司和科研机构所面临和必须解决的难题,它直接影响新能源汽车是否能够普及应用。BMS在安全方面主要侧重于对电池的保护,以及防止高电压和高电流的泄漏,其所必备的功能有:过电压和过电流控制、过放电控制、防止温度过高、在发生碰撞的情况下关闭电池。这些功能可以与电气控制、热管理系统相结合来完成。BMS在设计系统专门增加电池保护电路和电池保护芯片,使得电池组保护延时缩小至10-12秒级,其智能电池模块的电路设计还具有单体电池排线脱落、反接等保护功能。俊风汽车选择BMS系统强弱电完全隔离,在关键控制上做双重冗余设计,具备与驾驶员互动的功能,保障了系统的高安全性,对电池组的充放电保护也更为有效。

 

  五、大电流能量搬移技术

 

电池单体间的差异是不可避免的,如果不加以适当的均衡管理,电池组单体间的差异越来越大。由于电池组的木桶效应,即串联电池组的放电容量等同于单体电池容量的最小值,所以不进行均衡管理的结果是电池组的容量严重衰减,而均衡电流越大则对电池差异的均衡能量越强。俊风汽车建议可采用智能均衡系统,采用高频开关电路并设计优秀的散热结构,实现均衡系统的低成本、高功率密度、高效率和高可靠性。如果电池均衡电流达到1A,国内属领先实现安培级均衡的管理系统厂家。一个是热耗减少,提高能量利用率;另一个优点是:不仅充电时可以均衡,放电时也可以均衡,不仅可以销峰,还可以填谷。

 

  六、非线性多变量状态估计技术

 

电动汽车、储能系统都是具有干扰和不确定性的多变量非线性系统,采用非线性系统自适应模糊控制方法,通过利用均值定理、模糊系统设计方法克服系统难控的问题。采用该控制方法大大提升系统的稳定性,提升系统的自适应调节能力。

 

  七、时变、非均一多个体混连电池系统建模技术

 

基于非线性、时变、非均一多个体混联电池系统的建模、辨识及控制理论,建立电池与电池组寿命的多应力评价与预测方法,形成抑制一致性恶化的控制策略及电池故障诊断理论算法,提升电池成组的续航能力和电池成组使用寿命,优化故障诊断方法大大提升整组电池的可靠性。

 

  八、基于自学习策略的电池模型

 

传统的锂电池模型受电化学机理制约;如果采用的是等效电路模型;一般而言,电池模型一旦建立,结构与参数不在变化;但是电池性能受很多因素影响,例如:工作电流,SOC,寿命,自放电等,温度范围变化,充放电电流快速变化等,常规的等效电路不变模型效果不理想,不能很好反映电池内部动态特性。结合电池的等效电路初始模型,以及参数具有时便特性,采用动态拟合,参数自学习算法,根据每个充放电周期中的电流,环境温度等的变化,实时校准等效电路模型,逐步逼近电池内部真实的动态特性,使电池的管理策略更有针对性,控制效果最好。

 

  九、高效低成本的瞬变传导和辐射干扰抑制技术

 

结合相关厂家BMS系统功率变化的技术,采用硬件双级滤波与算法滤波结合的技术,使BMS在复杂的电池干扰环境下能正常运行,并且不影响其他设备的运行。其CE,CS,RE,RS技术指标达到了CLASS B级别并有6DB的裕量。

 

  十、多电池单体可靠成组技术

 

俊风汽车建议采用多指标可度量方法对单体电池进行成组选配,选配参数包含比容量、开路电压、内阻、阻抗谱、自放电率、倍率特性、重量等。同时采用典型工况模拟方案进行成组遴选,提升电池成组可靠性。同时对成组电池进行全面绝缘安全、震动、防水、防尘及电磁兼容测试,确保系统安全性。 (俊风汽车技术部整理)

 

 

 

 

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