新型节能电池管理系统

    BMS的全称为电池管理系统(BatteryManagementSystem),即管理电池的充放电，使电池处于一个较佳的状态，为何需要管理呢？因为电芯是一个电化学的过程，多个电芯组成一个电池，由于每个电芯特性，无论制造多精密，随这使用时间，环境，各个电芯都会存在误差与不一致的地方，故电池管理系统，就是通过有限的参数，去评估当前电池的状态，有点像中医看病，通过表征，看你得了啥病，不是西医，需要一些理化分析，人体的理化分析就像电池的电化学特性，可以通过大型试验仪器去测量，但是嵌入式系统很难去评估电化学的一些指标，故BMS就是一个老中医，哈哈！BMS的用途很多，针对于大规模的电池系统，大致有两类，一类为汽车的用途，一类为储能用途。汽车又根据电池容量即充电方式分为FULL-EV,HEV,PHEV。储能较近比较火，用于电网能量的存储，其实也是给电动汽车废旧电池，寻找出路。电池的几个基本概念？BMS的拓扑结构，分为主从，集成式，若为主从，就是一个是采集,我们称之为BatteryMonitorUnit---BMU,另外一个是主板，BatteryControlUnit---BCU,不同的公司，不同的叫法，若为集成式，大多用于HEV，因为采集的电芯比较少，故可以进行集成。电池管理系统一般指BMS电池系统。新型节能电池管理系统

    电动汽车电池系统热管理背景随着制造业的快速发展，中国汽车工业面临着产业转型、降低排放、能源危机和低碳发展的挑战，发展新能源汽车已经成为降低汽车工业石油依赖和排气污染的独特途径，中国部门为了推进新能源汽车工业，发布了一系列发展规划、财政补贴和税务鼓励计划，促进新能源汽车行业的发展。电池组是电动汽车的主要储能部件，由锂电池组成，直接影响到电动车的性能。由于车辆上装载电池的空间有限，正常运行所需的电池数目也较大，电池会以不同倍率放电，并以不同生热速率产生大量热量，再加上时间累积以及空间影响将会聚集大量热量，从而导致电池组运行环境温度情况复杂多变。电池包内温度上升严重影响电池组的电化学系统的运行、循环寿命、充电可接受性、电池包功率和能量、安全性和可靠性等。如果电动汽车电池组不能及时散热，将导致电池组系统的温度过高或分布不均匀，其结果将降低电池充放电循环效率，影响电池的功率和能量发挥，严重时还将导致热失控，影响系统安全性与可靠性；另外，由于发热电池体的密集摆放，中间区域必然热量聚集较多，边缘区域较少则增加了电池包中各单元之间的温度不均衡，这将造成各电池模块、单体性能的不均衡。新型节能电池管理系统电池管理系统的主要目的就是保证电池系统的设计性能，从安全性、耐久性、动力性三个方面提供作用。

    选取50只铝塑膜锂离子电池组成串联电池组(35Ah、167V)，铝塑膜锂离子电池组实验条件见表2。表2电池组实验条件。表3铝塑膜锂离子电池单体结构的热特性参数本文中的Bernardi生热率模型采用电池性能模型计算电池端电压、电流以及剩余电量SOC，电池的开路电压函数(电动势函数)为f(SOC,θ)，当剩余电量SOC为，温度在10～30℃时，本文方法拟合电池电动势结果如图5所示，同时与实际电动势趋势值对比。本文方法拟合电动势结果与电池实际电动势数值趋势基本吻合，误差较小，说明本文方法在特定热度环境下，拟合电池电动势的精度较高，为电池热管理提供精细的数据，实施有效热管理。采用本文方法模拟电池组以2C放电倍率持续放电时温度提升的过程，结果如图6所示，并与电池组放电时实际升温数据对比。采用本文方法模拟电池组放电过程中的升温过程与电池组的实际升温过程趋势一致，*存在微小差别，实验进行到500s时，电池组的实际温度为20℃，本文方法模拟温度为℃，误差为℃；实验进行到1000s时，电池组的实际温度为℃，本文方法模拟温度为℃，误差为℃。在500～1000s内，误差均值为℃。上述数据表明，电池组放电时，用本文方法可高精度模拟电池组升温过程，可准确预估电池发热量。

    强迫风冷设计的电池包也是如此，其采用的散热优化手段可以参考本章第二节内容。强迫风冷设计的电池包，风道的设计几乎演变成电池包内电池的排布形式和箱体进出风口形态和相对位置的设计。由于电池本身发热速率的复杂多变性，目前多数强迫风冷设计的方案中，电池的排布仍严重依靠实际测试确定。常见的电池包中过风形式有串联和并联两种。串联设计的风道，冷风在电池包内在前进的过程中温度逐渐升高，致使处于下风向的电池温度偏高，从而导致电池包内电池的温度不均匀性较大。而并联风道可以较好地规避这一点。也有实验表明，并联风道的设计，更有利于形成均匀的温度场。综上所述，在风冷散热中，除去拓展散热面积、高导热材料的选择、高性能风扇的选择等常规强化散热措施，电池的安装位置和风道形式是关键设计点。，空气为热载体的热管理方式已逐渐无法满足温度控制的要求。液冷散热的高效移热及强大的均热能力，使其日渐成为动力电池包热管理的优先方案。下图描述了几种典型的液冷方式。对于间接液冷的电池包，传热介质可以采用水和乙二醇的混合液或者低沸点的制冷剂。电池包中，冷板与电池之间的导热衬垫除了有降低接触热阻的功能，同时还应充当缓震、绝缘和阻燃作用。主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元。

    锂电池组可以安全、长效地使用，主要依赖于锂电池组保护板的保护机制，对于锂电池组规模庞大，串并联复杂的锂电池组会使用功能更加丰富的BMS锂电池管理系统，不管是锂电池组保护板还是锂电池管理系统，其作用都是为了保护锂电池，防止个体锂电池出现过充过放，延长锂电池组整体寿命，提升锂电池寿命的非常有效方法。锂电池的安全要求：我们都知道锂电池在实际使用中，是严禁过充、过放、超过标准电池要求充放电的，因为过充与过放都会影响到电池的安全以及使用寿命，使用超过标准的大电流充电或放电会引起电池出现热聚现象，严重的会引起及着火，危机生命财产安全，所以在锂电池的实际工作中都需要一定的安全保护措施，以避免锂电池滥用引起的风险。锂电池保护板应该具备以下基本功能：1、过放保护：当锂电池电快要用完时，电压到一个要求的比较低值，保护板也会关闭，不能在放电了，产品因此会自动关机，形成的一种过放保护作用。2、过充保护：在给产品充电时，电压达到锂电池最高电压()时，保护板就会自动断电关闭，显示充满不再继续充电了。形成的一种过冲保护作用。3、短路保护：当锂电池不小心短路时，保护板会在几毫秒内自动关闭，不会在通电。防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。新型节能电池管理系统

保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤。新型节能电池管理系统

    BMSIC的高精确度并不仅*依靠出厂时的测量精度值，还需要在安装到印刷电路板（PCB）后进行**验证。因此，建议设计人员仔细检查，并应在每个IC供应商提供的数据表之间详细比较，尤其是精度、数据采集速度和输入滤波器要求（包括它们对精度的影响）等方面。PCB布板与配置的注意事项焊接会在PCB上产生应力，使BMS集成电路在X和Y两个平面发生弯曲，从而在硅特性中产生亚原子应力，进而影响集成电路的性能。由于基准是测量电路的关键因素，其特性的任何变化都会直接影响ADC的精度，这是精密芯片行业中众所周知的现象。芯片设计者可通过将敏感电路小心地放置在不太可能受焊接和其它制造应力影响的芯片区域中，来解决这一问题。或者，IC设计人员可以选择更昂贵的基准设计技术，例如在同一IC封装内放置单独的基准裸片或使用单独的离散基准芯片。无论使用哪种IC技术，PCB的设计和制造阶段都至关重要。因此，精确的IC布板技术以及对芯片安装和焊接方案的细致考量，会帮助缓解很多问题。例如，BMS设计人员遵循ISL78714推荐的PCB布板指南和焊接回流曲线，会看到IC板级单元读数精度和长期漂移特性均为对数且可预测。该IC的长期漂移性能数据来自25°C的实验室实际测试及加速的寿命测试。新型节能电池管理系统