国内外汽车动力电池管理系统BMS发展概况样本.docx
- 文档编号:319939
- 上传时间:2022-10-08
- 格式:DOCX
- 页数:12
- 大小:471.12KB
国内外汽车动力电池管理系统BMS发展概况样本.docx
《国内外汽车动力电池管理系统BMS发展概况样本.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《国内外汽车动力电池管理系统BMS发展概况样本.docx(12页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
国内外汽车动力电池管理系统BMS发展概况样本
引言
电池性能和使用寿命直接决定了电动汽车性能和成本,因而,如何提高电池性能和寿命得到了各方面注重。
电动汽车上使用动力电池是由各种电池单体通过串并联方式构成电池组,电池单体都紧密地布置在一起,在进行充放电时,各个电池单体所产生热量互相影响,如果散热不均匀,将导致电池组局部温度迅速上升,使电池一致性恶化,使用寿命大大缩短,严重时会导致某些电池单体热失控,产生比较严重事故。
当动力电池处在低温环境中,电池充放电性能会大大减少,导致电池无法正常工作。
为了使动力电池组保持在合理温度范畴内工作,电池组必要拥有科学和高效热管理系统。
当前,国内外许多研究人员对电池组热管理系统做了大量研究,进行了某些新摸索,以期提高热管理系统控制效果,从而提高电动汽车电池组性能和使用寿命。
国内外汽车动力电池管理系统(BMS)发展概况
当前,影响电动汽车推广应用重要因素涉及动力电池安全性和使用成本问题,延长电池使用寿命是减少使用成本有效途径之一为保证电池性能良好,延长电池使用寿命,必要对电池进行合理有效管理和控制,为此,国内外均投入大量人力物力开展广泛进一步研究。
日本青森工业研究中心从1997年开始至今,持续进行(BMS)实际应用研究,丰田、本田以及通用汽车公司等都把BMS纳入技术开发重点;美国Villanova大学和USNanocorp公司已经合伙近年对各种类型电池SOC进行基于模糊逻辑预测;韩国Ajou大学和先进工程研究院开发BMS系统构成构造及其互相逻辑关系。
该系统在上述构造中进行功能扩展,即增设热管理系统、安全装置、充电系统以及与PC机通信联系。
此外还增长与电动机控制器通信联系,实现能量制动反馈和最大功率控制。
国内在十二五期间设立电动汽车重大专门研究项目,通过几年发展之后,在BMS方面获得很大突破,与国外水平也较为接近。
在国家863筹划第一批立项研究课题中,就分别有北京理工大学承担EQ7200HEV混合动力轿车用镍氢动力电池组及管理模块、湖南神舟公司承担EQ6110HEV混合动力都市公交车用大功率镍氢动力电池及其管理模块、苏州星恒电源有限公司承担燃料电池轿车用高功率型锂离子动力电池组及其管理系统、北京有色金属总院承担解放牌混合动力都市客车用锂离子电池及管理模块等课题。
此外尚有清华大学、同济大学等承担多能源动力总成控制系统和DC/DC变换器等一大批有关课题。
当前国外正在开展基于智能电池模块(SBM)BMS研究,即在1个电池模块中装入1个微控制器并集成有关电路,然后封装为一种整体,各种智能电池模块再与1个主控制模块相连,加以其他辅助设备,就构成1个基于智能电池管理系统。
该BMS成功实现对每个电池模块状态监测、模块内电池电量均衡和电池保护等功能。
美国Micron公司开发军用电动车辆BMS采用就是这种构造。
电动汽车电池组热管理系统构造
一、热管理方式
电池组中有电解液、电极、隔板等各种材料,由于高温会加速它们老化速率,并且当电池组中温差较大时,高温某些老化速率会明显快于低温某些,随着时间积累不同电池之间物性差别将越加明显,从而破坏了电池组一致性,最后使整组电池提前失效。
因此,电池热管理设计对于维持电池正常工作,延长使用寿命从而减少售后使用成本具备重要作用。
从控制性角度,热管理系统可以分为积极式、被动式两类。
从传热介质角度,热管理系统又可以分为:
空气冷却式热管理、液体冷却式热管理,以及相变蓄热式热管理。
1、动力电池组冷却办法
早在上世纪70年代,就已有文献提出了铅酸动力电池组热管理问题。
动力电池组布置比较紧凑,如果没有合理冷却办法,将导致电池组局部温度上升,电池组充放电性能下降,某些电池过充或过放电,导致电池使用寿命缩短。
电池组冷却办法重要有空气冷却、液体冷却、相变材料冷却以及热管冷却。
1.1空气冷却
空气冷却是运用空气作为冷却介质对电池组进行冷却。
空气冷却按照冷却系统所采用构造不同,分为串行和并行
冷却方式;按照与否使用电扇,分为自然和强制两种冷却方式。
1.1.1串行和并行冷却方式
1999年,AhmadA.Pesaran等人[1-2]提出了串行和并行冷却方式,如图1所示。
图1(a)是串行式冷却,空气从电池包一侧吹入,从另一侧吹出,容易导致电池包散热不均匀;图1(b)是并行式冷却,空气从电池包底部吹入,从上部吹出,几乎相似空气量流过各个电池模块表面,可以使电池包散热均匀。
文献[2]中用二维模型模仿了串行和并行冷却效果,如图2所示,在相似条件下,并行冷却比较均匀,电池包中最大值温度差为8℃,采用串行冷却时,虽然电池包最低温度有所下降,但是电池包中温度差高达18℃。
1.1.2自然和强制冷却方式
自然冷却即没有采用冷却电扇,此方式冷却效果比较差。
强制冷却指采用冷却电扇进行冷却,大某些电动汽车都在使用这种冷却方式,丰田Prius和本田Insight都采用强制冷却,KennethJ.Kelly等人[3]对年款Prius和款Insight电池热管理系统进行测试,成果表白,两款车电池温度被控制在合理范畴内。
Prius采用冷却电扇有四种工作模式:
停止、低速、中速和高速,热管理系统依照电池包温度不同使电扇以不同模式进行工作。
文献[4]对空气强制冷却效果进行了实验和数值模仿,实验采用18650型锂离子电池,当环境温度在45℃、放电倍率为6.67C时,无论空气流速多大,都无法将电池包温度控制在55℃如下;当空气流速增长时,电池单体表面温度差也将随之增大。
在高温环境下,强制冷却无法将电池包最高温度控制在安全范畴内,为解决这一问题,可以采用文献[5]提出积极热管理系统:
在空气充入电池包之前,先通过冷却装置对空气进行冷却,通过冷却空气可以有效地控制电池包最高温度。
1.2液体冷却
虽然气体冷却比较简朴,成本低,但是冷却效果有限,特别在高温环境、高电流放电时,比较容易浮现热失控,引起安全事故。
与空气相比,液体具备高热容量和导热系数,因此,在相似体积和流速下,液体冷却效果要明显比空气好。
虽然液体冷却效果要明显优于空气冷却,但是,采用液体冷却必要考虑密封、绝缘、电池包比能量减少以及成本等问题,AhmadA.Pesaran[2,4]对这些问题进行了比较详细讨论。
文献[6]提出采用冷却盘方式对方形动力电池进行冷却,冷却盘内腔有液体流道,文章对流道优化设计进行了详细论述。
1.3相变材料冷却
近年来在国外和国内浮现采用相变材料(PCM)冷却电池热管理系统呈现出良好前景。
运用PCM进行电池冷却原理是:
当电池进行大电流放电时,PCM吸取电池放出热量,自身发生相变,而使电池温度迅速减少。
此过程是系统把热量以相变热形式储存在PCM中。
在电池进行充电时候,特别是在比较冷天气环境下(亦即大气温度远低于相变温度PCT),PCM把热量排放到环境中去。
相变材料用于电池热管理系统中具备不需要运动部件、不需要耗费电池额外能量等优势。
具备高相变潜热和导热率相变材料,用于电池组热管理系统中可以有效吸取充放电过程中放出热量,减少电池温升,保证电池在正常温度下工作。
可以使大电流循环先后电池性能保持稳定。
通过在石蜡中添加热导率高物质制成复合PCM,有助于提高材料综合性能。
相变材料(PCM)以其无毒、不易燃、可储热、成本低以及应用以便等长处,已被广泛应用于电子设备冷却系统,1994年,RafalovichA等人[7]用相变材料对铅酸电池进行冷却,通过数值模仿和实验证明采用相变材料可行性。
SaidAl-Hallaj和J.R.Selman等人[8-12]对相变材料作为锂离子动力电池冷却材料进行一系列研究。
文献[8-9]通过模仿仿真论证了相变材料作为锂离子动力电池被动式热管理系统冷却材料是完全可行。
文献[10-11]以电动踏板车为研究对象,使用18650型锂离子电池代替原车铅酸蓄电池,给出拟定每个电池单体需要PCM数量计算办法。
同步,通过对比实验发现,由于相变材料导热率低,如果单独采用相变材料进行冷却,电池放电时所产生大某些热量无法迅速地散发到空气中,从而导致电池包中不同位置电池单体浮现较大温差。
通过在相变材料中添加泡沫铝,可以大大提高相变材料导热系数,使电池组温度分布均匀。
文献[4,12]将强制冷却与采用相变材料冷却效果进行比较,其中,为提高相变材料导热率,在相变材料中添加了石墨,仿真成果表白:
相变材料冷却效果要明显优于强制冷却,在45℃环境温度和大电流放电状况下,无论流速多大,强制冷却无法将电池包温度控制在安全范畴内,而相变材料可以,并且电池包温度分布均匀。
文献[13]用电加热管模仿电池放热,研究了相变材料整个相变过程以及相变材料中不同位置温度变化状况,实验成果表白相变材料具备良好冷却效果。
相变材料作为动力电池被动式冷却系统有其独特优势:
不需要冷却电扇、排气扇、冷凝器以及冷却路线设计。
虽然相变材料有以上某些诱人长处,但是也不能忽视相变材料缺陷,SaidAl-Hallaj等人虽然在文献中强调采用相变材料可以减小电池包体积和整个电池系统质量,但是没有相应对比实验,这两项指标与否可以减少应当进行验证。
1.4热管冷却
热管冷却是1942年美国人R.S.高勒提出,1967年热管初次在航天上使用,并获得成功,许多电子设备上开始采用热管进行冷却,电动汽车动力电池应用热管进行冷却还在研究阶段。
年,Mao-SungWu等人[14]运用热管对12Ah圆柱形锂离子电池进行模仿仿真和实物实验,实验成果表白热管冷却可以减少电池最高温度,并且可以使电池温度分布均匀,但实验也表白热管需配合散热片和电扇使用才干有比较好冷却效果,同步应注意热管与电池必要有良好接触,否则热管冷却效果将大大下降。
热管冷却在动力电池上应用当前还处在初步阶段,随着研究进一步进一步,此项技术将有也许应用到电动汽车上。
从以上三类热管理形式上看,相变蓄热式热管理具备得天独厚优势,值得进一步研究和产业化开发应用。
1.5.磷酸铁锂电池热管理系统开发
下面以应用在某插电式混合动力汽车中磷酸铁锂电池热管理系统为案例,对其模仿不同整车工况,通过系统台架对冷却运营特性、控制目的和方略等进行测试和分析。
1.5.1.系统架构
水冷式电池冷却系统采用冷却液(50%/50%水/乙二醇)将电池热量,经电池冷却器传递至空调制冷剂系统,并通过冷凝器传递至环境中。
电池进口水温经电池冷却器换热后容易达到较低温度,可调节电池在最佳工作温度范畴内运营;系统原理如图所示。
其中制冷剂系统重要部件有:
冷凝器、电动压缩机、蒸发器、膨胀阀带截至阀、电池冷却器(膨胀阀带截止阀)及空调管等;冷却水路涉及:
电动水泵、电池(含冷却板)、电池冷却器以及水管、膨胀水箱等辅件。
1.5.2冷却运营特性
在实验准备阶段,为了使电池布满电量并达到一定起始电池温度点,采用了充电、充-放电以及环境温度舱升温等不同方式。
依照电池产热行为分析,这个过程中电化学反映热和焦耳热占主导,随着着副反映热和电极极化热以及外界传热等形式,将电池加热到恶劣起始工况;在实验阶段,研究冷却过程启动、运营特性,掌握电池降温速率、影响因素及温度分布等。
对电池负载工况,依照整车合用环境、目的市场、行驶模式、热管理需求等制定,可以分恶劣驾驶工况、普通驾驶工况等分别对电池热管理系统冷却特性进行考察,本文将以热启动、NEDC(新欧洲驾驶循环)、低速爬坡三种工况为例进行分析。
咱们结合一款电池热管理系统台架实验开发进行了简朴分析和阐明,成果表白该系统能满足电池在这三个工况下冷却规定。
由于电池冷却传热途径为电池芯体-传热介质-冷却板-冷却液,因此在电池内部存在温差,以及建立稳定热平衡需要一定期间。
依此,在实验中,切断冷却器,即电池冷却停止后,冷却液温度回升,但电池温度仍维持下降趋势,由于冷却板表面与电池之间仍存在温度梯度和传热行为,下降速率也逐渐放缓;该过程持续大概20分钟。
这对有效减少电力消耗和优化控制
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 国内外 汽车 动力电池 管理 系统 BMS 发展 概况 样本