第4章 动力电池系统.ppt

4.4.2　主要功能 (1)数据采集(2)电池状态计算(3)能量管理(4)安全管理(5)热管理(6)均衡控制(7)通信功能(8)人机接口 4.4.2　主要功能 图4-14　电池管理系统功能示意图 (1)数据采集  电池管理系统的所有算法均以采集的动力电池数据作为输入，采样速率、精度和前置滤波特性是影响电池系统性能的重要指标。电动汽车电池管理系统的采样速率一般要求大于20Hz（50ms）。 (2)电池状态计算  电池状态计算主要包括SOC和电池组健康状态（State of Heath, SOH）两方面。SOC用来提示动力电池组剩余电量，是计算和估计电动汽车续驶里程的基础。SOH用来提示电池技术状态、预计可用寿命等健康状态的参数。 SOC是防止动力电池过充和过放的主要依据，只有准确估算电池组的SOC才能有效提高动力电池组的利用效率、保证电池组的使用寿命。在电动汽车中，准确估算蓄电池SOC主要有保护蓄电池、提高整车性能、降低对动力电池的要求以及提高经济性等作用。 (3)能量管理 能量管理主要包括以电流、电压、温度、SOC和SOH为输入进行充电过程控制，以SOC、SOH和温度等参数为条件进行放电功率控制两个部分。 (4)安全管理 安全管理主要用于监视电池电压、电流、温度等是否超过正常范围，防止电池组过充、过放。现在在对电池组进行整组监控的同时，多数电池管理系统已经发展到对极端单体电池进行过充、过放、过温等安全状态管理。 安全管理系统主要有以下功能：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。 (5)热管理 热管理主要用于电池工作温度超高时对电池进行冷却，低于适宜工作温度下限时对电池进行加热，使电池处于适宜的工作温度范围内，并在电池工作过程中保持电池单体间温度均衡。对于大功率放电和高温条件下使用的电池，电池的热管理尤为必要。 热管理主要有以下功能：电池温度的准确测量和监控；电池组温度过高时的有效散热和通风；低温条件下的快速加热；有害气体产生时的有效通风；保证电池组温度场的均匀分布。 (6)均衡控制 由于电池的一致性差异导致电池组的工作状态由最差电池单体决定。在电池组各个电池之间设置均衡电路，实施均衡控制是为了使各单体电池充放电的工作情况尽量一致，提高整体电池组的工作性能。 (7)通信功能 通过电池管理系统实现电池参数和信息与车载设备或非车载设备的通信，为充放电控制、整车控制提供数据依据是电池管理系统的重要功能之一，根据应用需要，数据交换可采用不同的通信接口，如：模拟信号、PWM信号、CAN总线或I2C串行接口。 (8)人机接口 图4-15　某电池管理系统的监控信息显示界面 (8)人机接口 图4-16　电池管理系统的实际安装位置 4.5　动力电池组的使用寿命 4.5.1　动力电池单体寿命的影响因素4.5.2　动力电池的一致性与电池组寿命 4.5.1　动力电池单体寿命的影响因素 ① 充电截止电压。动力电池在充电过程中一般都伴随有副反应，提高充电截止电压，甚至超过电池电化学电位后进行充电一般会加剧副反应的发生，并导致电池使用寿命缩短，并可能导致电池内部短路损坏，甚至着火爆炸等危险工况的出现。② 放电深度。深度放电会加速动力电池的衰退。表4-3所示为某锂离子动力电池在不同放电深度下的循环寿命数据。从中可以发现，浅充浅放可以有效地提高动力电池的使用寿命。 (1)正极材料的溶解 以尖晶石为例，Mn的溶解是引起可逆容量衰减的主要原因。Mn的溶解沉积造成正极活性物质减少；溶解的Mn游离到负极时会造成负极SEI（Solid Electrolyte Interface, SEI）膜的不稳定，被破坏的SEI膜再形成时会消耗锂离子，造成锂离子的减少。Mn的溶解是尖晶石锂离子电池容量衰减的重要原因，在这一点学界已经基本达成共识，但是对于Mn的溶解机理却存在多种不同的解释。 (2)正极材料的相变化 一般认为，锂离子的正常脱嵌反应总是伴随着宿主结构摩尔体积的变化，引起结构的膨胀与收缩，导致氧八面体偏离球对称性并成为变形的八面体构型。这种现象叫做Jahn-Teller效应（或J-T扭曲）。在 电池中，J-T效应所导致的尖晶石结构不可逆转变，也是容量衰减的主要原因之一。J-T效应多发生在过放电阶段；在起始材料中加入过量的锂、掺杂Ni、Co、Al等阳离子或者S等阴离子可以有效的抑制J-T效应。 (3)电解液的分解 锂离子电池中常用的电解液主要包括由各种有机碳酸酯(如PC、EC、DMC、DEC等)的混合物组成的溶剂以及由锂盐(如 、 、