单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电动汽车技术,哈尔滨理工大学,电气与电子工程学院,第六章,动力电池管理系统,Harbin,University of Science and Technology,电动汽车技术 哈尔滨理工大学 第,1,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,6.2,动力电池测试,6.3,电池管理的关键技术,6.4,动力电池的梯次利用与回收,6.5,本章小结,主要内容,6.1电池管理系统的功能及基本结构6.2动力电池测试6.3电,2,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,6.2,动力电池测试,6.3,电池管理的关键技术,6.4,动力电池的梯次利用与回收,6.5,本章小结,主要内容,6.1电池管理系统的功能及基本结构6.2动力电池测试6.3电,3,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,郑殿宇,郑殿宇,电池管理系统（,Battery Management System,BMS,）是用来对动力电池组进行安全监控及有效管理，提高动力电池使用效率的装置。,电池管理系统的功能,6.1电池管理系统的功能及基本结构 郑殿宇 郑殿宇电池管理系,4,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,郑殿宇,郑殿宇,电池管理系统,的,结构,集中式,分布,式,分布式结构的优点：,数据同步采样、寿命长、安全性高、电磁兼容性好,6.1电池管理系统的功能及基本结构 郑殿宇 郑殿宇电池管理系,5,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,郑殿宇,郑殿宇,电池管理系统在电动汽车上的应用,6.1电池管理系统的功能及基本结构 郑殿宇 郑殿宇电池管理系,6,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,6.2,动力电池测试,6.3,电池管理的关键技术,6.4,动力电池的梯次利用与回收,6.5,本章小结,主要内容,6.1电池管理系统的功能及基本结构6.2动力电池测试6.3电,7,6,.2,动力,电池测试,郑殿宇,郑殿宇,动力电池测试的目的：侧重了解电池的特点，便于电池管理系统软硬件开发工作的进行,常用动力电池测试项目,1.,实际,容量测试,2.,充放电效率测试,4.,电动势曲线及等效内阻测试,3.,放电倍率特性测试,充,电,效率,=,(,放电电流*,放电时间,)/,(,充电电流,*充电,时间,),*,100%,电动势曲线,等效内阻曲线,6.2动力电池测试 郑殿宇 郑殿宇动力电池测试的目的：侧重了,8,6,.2,动力,电池测试,郑殿宇,郑殿宇,电池测试的标准化,常用动力电池,测试标准,中国汽车行业标准,QC/T 743-2006,SAE J1798,电动汽车电池模块性能级别推荐规程,PNGV,电车测试手册,IEC 61982-3,标准道路电动汽车用二次电池第三部分：性能和使用寿命测试,主要分类,第,一类：针对电池制造商,用来检验其所生产的电池是否合格，是否可以进入市场,第,二,类：针对电动汽车制造商,用来帮助电动汽车制造商检验其选择的动力电池是否能,满足其制造的电动汽车的性能要求,6.2动力电池测试 郑殿宇 郑殿宇电池测试的标准化常用动力电,9,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,6.2,动力电池测试,6.3,电池管理的关键技术,6.4,动力电池的梯次利用与回收,6.5,本章小结,主要内容,6.1电池管理系统的功能及基本结构6.2动力电池测试6.3电,10,6.3,电池,管理,的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,动力电池的建模，电池模型描述电池工作的外特性，即描述电池的影响因素与其工作特性之间的数学关系,电,池,模,型,电化学模型,热模型,等效电路模型,耦合模型,基于电化学,机理研究,6.3电池管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇动力电池的建模，电池,11,6.3,电池,管理,的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,动力电池的电化学模型基于电化学理论并采用数学方法描述电池内部的反应过程。,常用电池电化学模型,1.Shepherd,模型,2.Un-newehr,模型,4.,简化的电化学模型,3.Nerst,模型,6.3电池管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇动力电池的电化学模型,12,6.3,电动管理的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,6.3,电池,管理,的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,动力电池,等效电路模型,：,1.Rint,模型,2.Thhevenin,模型,4.,改进二,阶,RC,模型,3.PNGV,模型,6.3电动管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇6.3电池管理的关键,13,6.3,电池,管理,的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,电池,SOC,（,Stage of Charge,）估计,SOC,估计,常用方法,1.,放电法,2.,安时积分法,3.,开路电压法,4.,负载电压法,5.,内阻法,6.,神经网络法,7.,卡尔曼滤波法,优点：方法可靠,缺点：需要大量时间,优点：简单可靠,缺点,：,SOC,初值难确定,优点：比较准确,缺点,：需要长时间静置,优点：能够实时估计,缺点：电池电压剧烈波动导致很难应用,优点：适用于放电后期电池,SOC,的估计,缺点,：很难准确电池单体内阻,优点：适用于各种电池,缺点,：需要大量的参考数据进行训练,优点：适合于,电流波动比较剧烈的混合动力汽车的电池,SOC,估计,缺点：对电池模型准确性和计算能力要求高,6.3电池管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇电池SOC（Stag,14,6.3,电池,管理的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,电池,SOH,（,State of Health,）估计：表面指电池的健康状况，包括容量、功率、内阻等性能，更多情况下是对电池组寿命的预测。通常认为是指测量的容量与额定容量之比。,（,2,）电阻折算法,系统差分方程：,式中,U,k,为,k,时刻的电池输出电压；,U,k,-,1,为（,k-1,）时刻电池输出电压；,I,k,为,k,时刻电池的加载电流；,I,k,-1,为（,k-1,）时刻的电池加载电流；,R,0,电池欧姆内阻；,R,p,电池极化内阻。,在,模型结构确定以后，可以根据试验方法所获得的数据对系统模型中的参数进行辨识。在参数辨识领域中，常采用最小二乘法,6.3电池管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇电池SOH（Stat,15,6.3,电池,管理的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,动力,电池组的均衡,均衡的,意义,：,利用,电子技术，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时不发生损坏。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池电压逐渐分化，使用寿命将大大,缩减,。,均衡的基本,目的,：,“,削峰填谷,”,。即在充电、放电或搁置过程中，通过外加电路对电池充放电电流的调节，使应用过程中电池的电压达到较好的一致性，提高车辆的续行里程和电池组的使用寿命。,均衡,电路,结构,框图,6.3电池管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇动力电池组的均衡均,16,6.3,电池,管理的关键技术,电阻,分流式均衡,原理图,（,ICE,为单体电池均衡器）,电压,单体,电压,向整体,转换,方式,电池组整体能量,向体转换,方式,开关电容均衡示意图,能量耗散型均衡电路,非能量耗散,型均衡电路,6.3电池管理的关键技术 电阻分流式均衡原理图电压单体电,17,6.3,电池,管理的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,电池组的,热管理,电池组温度过高时的有效散热和通风,有害气体产生时的有效通风,低温条件下的快速加热,电池温度的准确测量和监控,保证电池组温度场的均匀分布,主要功能,设,计,过,程,1.,确定,热管理系统的目标和,要求,2.,测量,或估计模块生热及,热容量,3.,热,管理系统首轮,评估,4.,预测,模块和电池组的热,行为,5.,初步设计,热,管理系统,6.,设计,热管理系统并进行,实验,7.,热,管理系统的优化,6.3电池管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇电池组的热管理,18,6.3,电动管理的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,关键,技术,电池组的,热管理,电池热,场计算及温度预测,通过数学模型计算电池内部的温度场，预测电池的热行为,传热介质的,选择,传热,介质要在设计热管理系统前确定。按照传热介质分类，热管理系统可分为空气冷却、液体冷却及相变材料冷却三种方式,热管理系统散热结构的,设计,在进行电池组结构布置和散热设计时，要尽量保证电池组散热的,均匀性,，,在风道,设计,时,，,需遵循流体力学和空气动力学的基本原理,风机与测温点的,选择,在设计电池热管理系统时，需要选择的风机种类与功率、温度传感器的数量与测温点的位置恰到好处,6.3电动管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇关键电池组的热管理,19,6.3,电动管理的关键技术,郑殿宇,郑殿宇,6.3电动管理的关键技术 郑殿宇 郑殿宇,20,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,6.2,动力电池测试,6.3,电池管理的关键技术,6.4,动力电池的梯次利用与回收,6.5,本章小结,主要内容,6.1电池管理系统的功能及基本结构6.2动力电池测试6.3电,21,6.4,动力电池的梯次利用与回收,郑殿宇,郑殿宇,外观筛选,建立数据库,成组装配,初期跟进验证,拆解回收,按需配组,基本性能,筛选,四、梯次利用过程,三元材料电池拆解工艺流程图,锂电池破碎拆解分选系统,梯次,项目,1,2,3,4,电池容量,/,（,Ah,）,80100,6080,4060,40,使用车型,大型公交车、,高速电动汽车,城市特殊用途用车、市政用车等,低速电动微型车、旅游观光车,电站,UPS,储能,动力电池利用梯次划分,6.4动力电池的梯次利用与回收 郑殿宇 郑殿宇外观筛选建立数,22,6.4,动力电池的梯次利用与回收,郑殿宇,郑殿宇,6.4动力电池的梯次利用与回收 郑殿宇 郑殿宇,23,6.4,动力电池的梯次利用与回收,郑殿宇,郑殿宇,从表中可以看到动力电池梯次回收主要集中在储能方面,。,储能,系统的作用,体现在,可保障大型太阳能、风能等新能源发电大量接入与充分利用，同时又提高了输配电设备的利用率，提高电网安全裕度；另外相关的技术突破和产业化还将带动采矿、电池制造、电力电子设备等产业的进一步发展。,四,、,国内,的部分动力电池梯次利用项目如下表所,示,6.4动力电池的梯次利用与回收 郑殿宇 郑殿宇 从表中可以,24,6.4,动力电池的梯次利用与回收,郑殿宇,郑殿宇,动力电池的回收,6.4动力电池的梯次利用与回收 郑殿宇 郑殿宇动力电池的回收,25,6.1,电池管理系统的功能及基本结构,6.2,动力电池测试,6.3,电池管理的关键技术,6.4,动力电池的梯次利用与回收,6.5,本章小结,主要内容,6.1电池管理系统的功能及基本结构6.2动力电池测试6.3电,26,6.5,本章小结,郑殿宇,郑殿宇,电池管理系统的功能及基本结构,动力电池的测试,电池管理的关键技术,动力电池梯次利用与回收,1.,电池管理系统的功能,2.,电池管理系统,的,结构,1.,常用动力电池测试项目,2.,特性测试的标准化,1.,动力,电池的建模,2.SOC/SOH,估计,3.,动力电池组的均衡,4.,电池组的热管理,1.,动力电池的梯次利用,2.,动力电池的回收,6.5本章小结 郑殿宇 郑殿宇电池管理系统的功能及基本结构动,27,6.5,本章小结,郑殿宇,郑殿宇,习题,1.,什么是电池管理系统？电池管理系统的基本功能和结构？,2.,电池性能测试主要有哪几种？,3.,电池模型主要分为哪几种？并分别举例。,4.,常用的,SOC,估计方法有哪几种？,5.,简述电池热管理的设计步骤，并写出常用的电池热管理传热介质。,6.,简述电池梯次利用的基本步骤,。,6.5本章小结 郑殿宇 郑殿宇习题1.什么是电池管理系统？电,28,