新能源汽车电池均衡技术和故障诊断

新能源汽车电池均衡技术和u电池均衡技术n能量非耗散型电路的耗能比能量耗散型要小，但电路结构相对复杂，可分为能量转换式均衡和能量转移式均衡两种。n能量转换式均衡是通过开关信号，由锂离子电池组整体向单体电池进行补充。单体向整体转换典型拓扑结构图整体向单体转换典型拓扑结构图u电池均衡技术n能量转移式均衡是利用电感或电容等储能元件，把锂离子电池组中容量高的单体电池中的能量转移到容量比较低的电池上。能量转移式典型电路拓扑结构按均衡功能分类：充电均衡、放电均衡和动态均衡。充电均衡是指在充电过程中的均衡，一般是在电池组单体电压达到设定值时开始均衡，减小充电电流从而防止过充电。开关电阻耗散型均衡和单体到电池组能量转换式均衡主要用于充电均衡方式。充电均衡的使用，加大了低容量电池过放的可能。放电均衡是在放电过程中的均衡，通过向电压低的单体电池补充能量来防止过放电。另外一种放电均衡方式是根据电池组中单体电压值的大小，改变放电时间的长短。放电均衡的使用，加大了低容量电池过充的可能。动态均衡方式结合了充电均衡和放电均衡的优点，在整个充放电过程中对电池组进行均衡。电容、电感型能量转移方式主要应用于此类均衡方式。主动均衡是在使用过程中对电池容量进行主动调整，当电池间出水平低的电池的能量输出，对能量水平高的电池则采取相反的操作。被动均衡是针对蓄电池端电压差值进行调整，均衡效果都有局限性。按能量回路处理的方式分类：分为断流和分流处理。断流指在监控单体电压变化的基础上，在满足一定条件时把单体电池的充电或负载回路断开，通过机械触点或电力电子部件组成部件有机械、继电器、半导体。分流并不断开电池的工作回路，而是给每只电池各增加一个旁路的单体电池特性。均衡系统的分类u能量耗散型均衡n主要通过令电池组中能量较高的电池利用其旁路电阻进行放电的方式损耗部分能量，以期达到电池组能量状态的一致。如混合动力汽车。u能量非耗散型均衡n能量非耗散式均衡电路拓扑结构目前已出现很多种，本质上均是利用储能元件和均衡旁路构建能量传递通道，将其从能量较高电池直接或间接转移至能量较低的电池能量耗散型均衡管理u通过单体电池的并联电阻进行充电分流从而实现均衡u电路结构简单，均衡过程一般在充电过程中完成于电阻的发热引起电路的热管理问题u只适合在静态均衡中使用，其高温升等特点降低了系统的可靠u仅适合于小型电池组或者容量较小的电池组。能量耗散型均衡管理u恒定分流电阻均衡充电电路n每个电池单体上都始终并联一个分流电阻。n可靠性高，分流电阻的值大，通过固定分流来减小由于自放电导致的单体电池差异n无论电池充电还是放电过程，分流电阻始终消耗功率，能量损失大n一般在能够及时补充能量的场合适用u开关控制分流电阻均衡充电电路n工作在充电期间，可以对充电时单体电池电压偏高者进行分n当单体电池电压达到截止电压时，阻止其过充并将多余的能量转化成热能n由于均衡时间的限制，导致分流时产生的大量热量需要通过热管理系统耗散，尤其在容量比较大的电池组中更加明显非能量耗散型均衡管理或者将单体电池能量向整体电池组进行能量转换非能量耗散型均衡管理u利用电感或电容等储能元件，把电池组中容量高的单体电池，通过储能元件转移到容量比较低的电池上故障诊断内容绝缘电阻测量过流保护与报警过温保护与报警过压保护与报警继电器、风扇故障检测与报警绝缘电阻测量电路绝缘电阻测量电路风扇与接触器控制电路2.6故障诊断研究u电动汽车自燃事件频出，究其原因主要与电池管理系统的热管理有关。u由于过高或过低的温度都将直接影响动力电池的使用寿命和性的长久不均匀分布将造成各电池模块、单体间性能的不均衡，因此电池热管理系统对于电动车辆动力电池系统而言是必需的。可靠、高效的热管理系统对于电动车辆的可靠安全应用意义重大。动力电池热管理系统的功能①电池温度的准确测量和监控；②电池组温度过高时的有效散热和通风；③低温条件下的快速加热；④有害气体产生时的有效通风；⑤保证电池组温度场的均匀分布。电池内传热的基本方式n指物质与物体直接接触而产生的热传递。电池内部的电极、电解液、集流体等都是热传导介质。u对流换热n电池表面的热量通过环境介质（一般为流体）的流动交换热量，和温差成正比u辐射换热n主要发生在电池表面，与电池表面材料的性质相关电池组热管理系统设计实现u按照传热介质分空冷、液冷和相变材料冷却u空冷系统又分串行通风方式和并行通风方式两种电池组热管理系统设计实现u按照是否有内部加热或制冷装置可分为被动式和主动式两种电池列前后缠绕硅胶加热线电池列间添加电池本体上包覆电池上、下添加加热板灰色关联度分析电池健康管理无量纲处理绝对差关联系数关联度动力电池电安全管理系统的功能u主要包括烟雾报警、绝缘检测、自动灭火、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等功能。n动力电池在电动车辆上安装应用，因此必须满足车辆部件的耐n为满足防水、防尘要求，电池包应满足一定的IP防护等级n在极端工况下，通过电池安全管理系统应能实现电池包的高压断电保护、过流断开保护、过放电保护、过充电保护等功能。烟雾报警u在车辆行驶过程中由于路况复杂及电池本身的工艺问题，可能由于过热、挤压和碰撞等原因而导致电池出现冒烟或着火等极严重影响带车辆运行的安全性。u动力电池管理系统中烟雾报警的报警装置应安装于驾驶员控制证驾驶员能够及时发现，能接收报警器发出的报警信号。u由于烟雾的种类繁多，一种类型的烟雾传感器不可能检测所有的气体，通常只能检测某一种或两种特定性质的烟雾。u在动力电池上应用，需要在了解电池燃烧产生的烟雾构成的基础上进行传感器的选择。一般电池燃烧产生大量的CO和CO2，因此可以选择对这两种气体敏感的传感器。在传感器的结构上需要适应于车辆长期应用的振动工况，防止由于路面灰尘、振动引起的传感器误动作。烟雾报警实例绝缘检测方法(1)漏电直测法n将万用表打到电流档，串在电池组正极与设备外壳(或者地)之间，可检测到电池组负极对壳体之间的漏电流n将万用表打到电流档，串在电池组负极与壳体之间检测电池组正极对壳体之间的漏电流。n该方法简单易行，在现场故障检测、车辆例行检查中常用。(2)电流传感法n将电池系统的正极和负极动力总线一起同方向穿过电流传感器，当没有漏电流时，从正极流出的电流等于返回到电源负极的电据该电压的正负可以进一步判断该漏电电流是来自于电源正极还是负极n应用这种检测方法的前提是待测动力电池组必须处于工作状态，要有工作电流的流入和流出，它无法在系统空载的情况下评价电池系统对地的绝缘性能。(3)绝缘电阻表测量法一种测量仪表n用绝缘电阻表可直接测量绝缘电阻的阻值u电路测量方法n常用的直流电压绝缘测量原理动力电池数据通信系统u数据通信是电池管理系统的重要组成部分之一。u电池管理系统内部主控板与检测板之间的通信u电池管理系统与车载主控制器、非车载充电机等设备间的通信u在有参数设定功能的电池管理系统上，还有电池管理系统主控板与上位机的通信。uCAN通信方式是现阶段电池管理系统通信应用的主流uRS232、RS485总线等方式在电池管理系统内部通信中也有应动力电池数据通信系统实例电压采集与仿真结果真实电池组在60A放电电流下单体电压输出曲线电压采集与仿真结果电池组模型在60A放电电流下单体电压输出曲线