新能源汽车电池管理课件

新能源汽车电池管理系统本课件将带您深入了解新能源汽车电池管理系统，从基础知识到未来趋势，为您提供全面的学习体验课程目标和学习成果了解电池管理系统的基本概掌握电池管理系统的关键技理解电池管理系统的设计与念术测试掌握电池管理系统的重要性和作用，学习电池状态估算、电池均衡、电池掌握电池管理系统的设计流程，了解了解电池管理系统的基本组成和工作热管理等关键技术，了解其原理和实性能测试和可靠性验证方法原理现方法电动汽车发展历史简介1832年1英国人罗伯特·安德森发明了第一辆电动汽车1884年2德国人卡尔·本茨制造了第一辆汽油汽车1990年3通用汽车公司推出第一款现代电动汽车2010年4特斯拉公司推出Model S电动汽车，推动了电动汽车行业发展当前市场电动汽车发展现状100M+全球销量预计到2025年，全球电动汽车销量将突破1亿辆30%市场份额预计到2030年，电动汽车在全球汽车市场中的份额将超过30%电池管理系统的重要性安全保障性能优化电池管理系统可以有效防止电池管理系统可以实现电池电池过充、过放、过温、短状态估算、电池均衡、电池路等故障，确保电池的安全热管理等功能，优化电池性运行能和延长电池寿命续航里程提升电池管理系统可以提高电池的能量利用率，延长电动汽车的续航里程电池基础知识类型和特点锂离子电池铅酸电池镍氢电池锂离子电池具有能量密度高、循环寿铅酸电池价格低廉、技术成熟，但能镍氢电池具有较高的能量密度和较长命长、工作电压高等优点，是目前电量密度低、循环寿命短，主要应用于的循环寿命，但工作电压较低，主要动汽车最常用的电池类型低速电动汽车应用于混合动力汽车锂离子电池工作原理充电过程锂离子从正极材料迁移到负极材料，储存在负极材料中放电过程锂离子从负极材料迁移到正极材料，释放能量循环过程锂离子在正极和负极之间不断迁移，完成充放电循环电池性能参数详解参数描述容量电池储存电荷的量，单位为安培小时（Ah）电压电池两极之间的电位差，单位为伏特（V）能量密度电池单位体积或单位重量储存的能量，单位为瓦特小时每公斤（Wh/kg）或瓦特小时每升（Wh/L）充放电电流电池充放电时流过的电流，单位为安培（A）循环寿命电池在规定条件下，充放电循环的次数电池容量和能量密度容量能量密度电池容量越大，储存的电荷越多，电动汽车的续航里程越能量密度越高，电池单位重量或单位体积储存的能量越多长，电动汽车的续航里程也越长充放电特性曲线恒流充放电阶段1电池以恒定电流充电或放电，电压逐渐变化恒压充放电阶段2电池以恒定电压充电或放电，电流逐渐减小电池寿命影响因素充放电深度1充放电深度越大，电池寿命越短充放电电流2充放电电流越大，电池寿命越短温度3高温或低温都会缩短电池寿命循环次数4电池充放电循环次数越多，寿命越短温度对电池性能的影响低温低温会降低电池的容量和放电功率，影响电动汽车的续航里程高温高温会加速电池老化，缩短电池寿命，甚至引发安全事故最佳温度电池在最佳温度范围内工作，可以获得最佳性能和最长的寿命电池管理系统架构BMS控制模块根据监测数据，控制电池充放电状态，2实现电池均衡和热管理监控模块1实时监测电池电压、电流、温度等参数通信模块3与车辆其他系统进行通信，实现数据传输和指令控制硬件组成部分BMS电池传感器微控制器继电器测量电池电压、电流负责数据采集、处理控制电池的充放电路、温度等参数和控制逻辑径通信接口与车辆其他系统进行通信软件功能模块BMS模块功能电池状态估算估算电池荷电状态SOC、健康状态SOH、可用功率等电池均衡平衡各电池单体之间的电压差异，延长电池寿命电池热管理控制电池温度，保持电池在最佳工作温度范围内故障诊断检测电池故障，并及时进行报警和保护安全保护防止电池过充、过放、过温、短路等故障，确保电池安全运行通信管理与车辆其他系统进行通信，实现数据传输和指令控制电池状态估算方法库仑计数法开路电压法卡尔曼滤波法根据电池的充放电电流和时间来估算根据电池的开路电压来估算电池荷电结合多种传感器信息，通过滤波算法电池荷电状态状态来估算电池荷电状态荷电状态估算SOC定义SOC电池荷电状态是指电池当前储存的电量与电池总容量的百分比估算的重要性SOC准确的SOC估算可以预测电动汽车的续航里程，并合理规划充电时间估算方法SOC常用的SOC估算方法包括库仑计数法、开路电压法和卡尔曼滤波法健康状态估算SOH定义SOH电池健康状态是指电池当前性能与新电池性能的比值估算的重要性SOH准确的SOH估算可以预测电池的剩余寿命，并及时进行维护和更换估算方法SOH常用的SOH估算方法包括容量衰减法、内阻法和安培小时法可用功率估算可用功率定义可用功率估算的重要性电池可用功率是指电池在当前状态下能够提供的最大功准确的可用功率估算可以避率免电池过放，并提供合理的动力输出可用功率估算方法常用的可用功率估算方法包括电池电压、电流和温度等参数的综合分析电池均衡技术均衡目的1电池均衡是为了平衡各电池单体之间的电压差异，延长电池寿命均衡必要性2由于电池内部电化学反应的不一致性，各电池单体之间会存在电压差异，导致电池容量降低和寿命缩短均衡分类3电池均衡技术主要分为被动均衡和主动均衡被动均衡原理和实现实现方式2常用的被动均衡方式包括电阻分流原理、电容分流和电感分流1被动均衡利用电阻或电容等元件，通过电流或电压的泄放来平衡电池单体之间的电压差异优缺点被动均衡成本低、实现简单，但效3率较低，均衡速度慢主动均衡方案比较电容均衡开关均衡脉冲均衡通过在电池单体之间添加电容，实现通过控制开关器件，将能量从高电压通过施加脉冲电流，改变电池单体的快速、高效的均衡电池单体转移到低电压电池单体电化学状态，实现均衡电池热管理系统设计冷却系统1通过冷却系统将电池产生的热量带走，防止电池过温温度控制策略2根据电池温度和环境温度，制定合适的温度控制策略监控系统3实时监测电池温度，并根据温度控制策略调整冷却系统的运行状态冷却系统类型对比风冷系统水冷系统相变材料冷却系统利用风扇将空气吹过电池，带走热量利用水循环带走电池产生的热量，冷利用相变材料的热容量，吸收电池产，成本低，但冷却效率较低却效率高，但成本较高生的热量，具有良好的降温效果，但成本较高温度控制策略℃℃℃104525低温策略高温策略恒温策略当电池温度低于10℃时，可以采取预当电池温度高于45℃时，可以采取冷将电池温度控制在25℃左右，以获得热措施，提高电池性能却措施，防止电池过温最佳性能和最长的寿命电池故障诊断方法电压监测法通过监测电池电压变化，判断电池是否出现故障电流监测法通过监测电池电流变化，判断电池是否出现故障温度监测法通过监测电池温度变化，判断电池是否出现故障内阻法通过测量电池内阻，判断电池是否出现故障常见故障类型分析过充过放过温短路电池充电超过额定电压，电池放电低于额定电压，电池温度过高，会加速电电池内部或外部出现短路会造成电池内部结构损伤会造成电池内部结构损伤池老化，缩短电池寿命，，会导致大量电流流过，，缩短电池寿命，缩短电池寿命甚至引发安全事故造成电池发热甚至爆炸故障预警机制报警提示故障代码数据记录当电池出现故障时，BMS会发出BMS会记录故障代码，方便驾驶BMS会记录电池运行数据，便于报警提示，提醒驾驶员注意员或维修人员查找故障原因分析故障原因和进行故障诊断安全保护策略设计过充保护1当电池充电电压超过额定电压时，BMS会停止充电过放保护2当电池放电电压低于额定电压时，BMS会停止放电过温保护3当电池温度过高时，BMS会停止充放电，并采取冷却措施短路保护4当电池出现短路时，BMS会立即切断电流，防止电池发热或爆炸过充保护实现报警提示停止充电BMS会发出报警提示，提醒驾驶员注电压监测BMS会停止充电，防止电池继续充电意BMS会实时监测电池电压，当电压超过设定阈值时，会触发过充保护过放保护措施电压监测BMS会实时监测电池电压，当电压低于设定阈值时，会触发过放保护停止放电BMS会停止放电，防止电池继续放电报警提示BMS会发出报警提示，提醒驾驶员注意过温保护控制温度监测BMS会实时监测电池温度，当温度超过设定阈值时，会触发过温保护停止充放电BMS会停止充放电，防止电池温度继续升高冷却措施BMS会启动冷却系统，降低电池温度报警提示BMS会发出报警提示，提醒驾驶员注意短路保护方案切断电流2BMS会立即切断电流，防止电池发电流监测热或爆炸1BMS会实时监测电池电流，当电流超过设定阈值时，会触发短路保护报警提示BMS会发出报警提示，提醒驾驶员3注意绝缘检测技术高压绝缘低压绝缘检测方法检测电池组与车身之间的绝缘，防止检测电池组内部各电池单体之间的绝常用的绝缘检测方法包括高压耐压试高压漏电缘，防止电池内部短路验、绝缘电阻测试和泄漏电流测试电池管理通信协议通信协议电池管理系统与车辆其他系统之间进行数据传输和指令控制，需要使用特定的通信协议总线CANCAN总线是目前电动汽车中常用的通信协议协议内容通信协议包括数据格式、通信速度、数据帧结构等内容总线通信基础CAN总线类型CAN总线是一种串行通信总线，支持多节点通信通信方式CAN总线采用非同步通信方式，每个节点可以随时发送数据数据传输CAN总线通过数据帧传输数据，每个数据帧包含数据标识符、数据长度和数据内容数据采集和处理传感器数据采集数据预处理BMS会定期采集电池电压、对采集到的数据进行预处理电流、温度等传感器数据，例如滤波、校正等数据分析对处理后的数据进行分析，估算电池状态，进行故障诊断和安全保护电池包设计考虑因素机械结构设计1电池包的机械结构要保证电池单体之间的连接可靠，并提供足够的强度和刚度散热系统设计2电池包的散热系统要保证电池的温度能够有效控制在最佳工作温度范围内高压安全设计3电池包的高压安全设计要防止高压漏电，并确保电池包的安全运行机械结构设计要点模组设计连接方式防护等级将多个电池单体组装成模组，方便电采用焊接、螺栓连接或弹簧夹等方式电池包的防护等级要满足IP67或更池包的组装和维护，保证电池单体之间的连接可靠高标准，防止水、灰尘和腐蚀性物质的侵入散热系统集成温度传感器热交换器温度传感器监测电池温度，控制冷却冷却液循环热交换器将冷却液中的热量传递给空液的循环速度冷却液通过循环系统，将电池产生的气或水，实现散热热量带走高压安全设计绝缘材料使用高压绝缘材料，防止高压漏电保护措施采用过压保护、过流保护、短路保护等措施，防止高压事故发生安全测试进行高压耐压试验，确保电池包的高压安全电池管理系统标定参数设置优化调整根据电池类型和性能，设置根据实际测试结果，调整BMS的参数，例如充放电电BMS的参数，优化电池管理流、电压阈值等系统性能标定目的标定是为了使BMS能够更好地控制电池，延长电池寿命，提高电动汽车性能参数设置和优化充电电流放电电流温度阈值电压阈值设置电池的充电电流，影设置电池的放电电流，影设置电池的过温保护阈值设置电池的过充保护阈值响充电时间和电池寿命响电动汽车的加速性能和，防止电池过温和过放保护阈值，防止电续航里程池过充或过放性能测试方法充放电测试1测试电池的充放电性能，包括容量、电压、电流、效率等指标循环寿命测试2测试电池的循环寿命，即电池在规定条件下，充放电循环的次数温度性能测试3测试电池在不同温度下的性能，包括容量、功率、内阻等指标安全性能测试4测试电池的过充、过放、过温、短路等安全性能可靠性验证失效分析环境适应性测试对电池失效进行分析，找出失效原因，加速寿命测试测试电池在不同环境条件下的性能，例改进电池的设计和制造工艺通过加速寿命测试，模拟电池长期使用如高温、低温、湿度、振动等，确保电过程中的老化现象，验证电池的可靠性池能够适应各种环境整车集成测试功能测试测试电池管理系统与整车的集成功能，确保电池管理系统能够与车辆其他系统正常配合性能测试测试电动汽车的加速性能、续航里程、爬坡性能等指标，验证电池管理系统的性能可靠性测试模拟电动汽车在不同工况下的运行状态，测试电池管理系统的可靠性电池维护和保养12定期充电避免过度放电定期给电池充电，保持电池电量避免电池过度放电，会造成电池充足，延长电池寿命内部结构损伤，缩短电池寿命3控制温度保持电池温度在最佳工作温度范围内，延长电池寿命日常使用注意事项避免高温环境避免过度充电避免剧烈震动长时间将电动汽车停放在高温环境下过度充电会造成电池内部结构损伤，剧烈震动会造成电池内部结构松动，，会加速电池老化缩短电池寿命影响电池性能定期检查项目电池电压电池电流定期检查电池电压，确保电定期检查电池电流，确保电池电量充足池运行正常电池温度定期检查电池温度，确保电池温度在最佳工作温度范围内异常情况处理故障报警当电池出现故障时，BMS会发出报警提示故障代码BMS会记录故障代码，方便查找故障原因安全保护BMS会启动安全保护措施，防止电池继续运行联系维修及时联系专业人员进行维修电池回收与环保电池回收对报废电池进行回收处理，减少环境污染资源再利用回收的电池可以提取有价值的金属资源，循环利用环保处理采用环保技术处理废旧电池，减少对环境的污染充电设施规划充电桩数量充电桩类型充电桩布局根据电动汽车数量和充电需求，规划根据不同电动汽车的充电需求，选择合理规划充电桩布局，方便用户充电合理的充电桩数量不同类型的充电桩快充技术发展快充技术挑战快充技术优点快充技术对电池的性能和安全性提出快充技术原理快充技术可以有效减少电动汽车的充更高要求，需要进行更严格的测试和快充技术通过提高充电电流和电压，电时间，提高用户的使用效率验证缩短充电时间无线充电技术无线充电原理无线充电优点无线充电挑战无线充电技术通过电磁感应或电磁谐无线充电技术方便用户使用，不需要无线充电技术效率较低，充电距离有振技术，实现无线能量传输插拔充电线限，成本较高电池管理未来趋势技术智能充电策略V2G车辆到电网（V2G）技术可以将电智能充电策略可以根据电网负荷情1动汽车的电池作为储能设备，为电况、电价变化等因素，调整充电时2网提供能量间和充电功率人工智能在中的应用BMS大数据分析应用人工智能可以应用于电池状态估算4利用大数据分析技术，可以对电池、电池均衡、电池故障诊断等方面3运行数据进行分析，预测电池寿命，提高电池管理系统的效率和智能，优化电池管理策略化水平技术应用V2G峰谷电价调节电网稳定性提升用户收益增加在电网负荷高峰时段，电动汽车可以电动汽车可以作为储能设备，提高电用户可以通过将能量回馈给电网，获将能量回馈给电网，降低电网负荷网的稳定性和可靠性得一定的经济收益智能充电策略电价预测预测未来电价变化，选择合适的充电时间，降低充电成本负荷管理根据电网负荷情况，调整充电功率，避免对电网造成过大负荷电池寿命优化根据电池状态，制定合理的充电策略，延长电池寿命大数据分析应用电池状态监测对大量电池运行数据进行分析，实时监测电池状态，及时发现故障电池寿命预测根据电池运行数据，预测电池的剩余寿命，方便用户进行维护和更换充电策略优化根据大数据分析结果，优化充电策略，提高充电效率，降低充电成本人工智能在中的应用BMS电池状态估算电池均衡故障诊断人工智能可以利用深度学习算法人工智能可以根据电池状态，自人工智能可以利用机器学习算法，提高电池状态估算的精度动调整均衡策略，提高均衡效率，快速准确地识别电池故障新型电池技术展望未来，固态电池、锂硫电池、锂空气电池等新型电池技术将得到快速发展，进一步提高电动汽车的续航里程和安全性。