Bms presentation simplified chinese

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Bms presentation simplified chinese

  1. 1. 高汉荣 , William Kao V.P. of Regional Engineering April. 8, 2011 电池管理系统对于提高 电池可靠性与寿命的作用
  2. 2. 內容 <ul><li>电池管理系统 : 从了解客户应用需求及电池特性开始 </li></ul><ul><ul><li>应用需求 </li></ul></ul><ul><ul><li>电池特性 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>从 JEITA 的规范了解锂电池的特性所需的管理 </li></ul></ul></ul><ul><li>电池管理系统的定义及主要功能和作用 </li></ul><ul><ul><li>如何提高电池可靠性与寿命的作用 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>电池管理系统 (BMS) 设计与应用的三个层次 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>电池管理系统( BMS )集散式设计结构 </li></ul></ul></ul><ul><li>电池均衡管理技术 -- 按需均衡 ( BOD , Bleeding On Demand ) </li></ul><ul><ul><li>设计均衡方案的考量与技术 </li></ul></ul><ul><ul><li>按需均衡技术及均衡效能测试 </li></ul></ul><ul><li>电池管理系统的发展趋势要求 </li></ul><ul><li>结语 </li></ul>
  3. 3. 电池管理系统 : 从了解应用需求及电池特性开始
  4. 4. 电池的应用 <ul><li>了解客户应用需求,依不同的应用需求特性或限制,选择最适合的电池,用电池管理系统来整合及管理电池系统,成为符合应用需求的电池组管理系统。 </li></ul>应用及需求 电池 电池系统管理 BMS 符合应用需求 电动自行车 / 汽车 / 大巴,医疗设备, UPS 储能系统,充放电时间 …,应用场所环境及空间限制, … 动力 ( 功率 ) 型电池,能量型电池,充放电倍率,电池特性,大小,外形,… 电池系统管理 系统及动力的整合
  5. 5. JEITA 规范的缘由 ? 为了 NB 电池包安全的问题 <ul><li>二级锂离子电池在笔记本 PC 方面显著地大量使用。 </li></ul><ul><li>在笔记本电脑 应 用 里 , 经常有电池包起火的电池事件 发生 ,需要 有 强调对关于更安全的对二级锂离子电池的使用的指导方针 </li></ul><ul><li>日本政府催促 JEITA 和 BAJ 协会去发展 “ 在笔记本类型个人计算机方面对二级锂离子电池的安全使用的指南 “。 </li></ul><ul><li>自从 2007 年 4 月此规范发表,在日本区域内,它强烈推荐所有像笔记本电脑一样的电池包要遵循此规范。 </li></ul>
  6. 6. Source: A Guide to the Safe Use of Secondary Lithium Ion Batteries in Notebook-type Personal Computers April 20, 2007 (Japan Electronics and Information Technology Industries Association And Battery Association of Japan.) T1-T2: Low temperature region T2-T3: Standard temperature region T3-T4: High temperature region T5-T6: Recommendation temperature region 从 JEITA 的规范了解锂电池的特性所需的管理
  7. 7. JEITA 规范的启示 <ul><li>温度对化学反应的充电过程是有非常大的影响。 </li></ul><ul><li>因此, 在低温度范围和高充电温度范围的充电时 ,要降低充电电压的上限和最大充电电流中之一或两者是较好的。这些条件被考虑到是为了严厉的安全要求。 </li></ul><ul><li>充电行为或充电器是应依照电池的温度来加以控制。 </li></ul><ul><li>电池必须要监控,管理与保护。如电池需要依不同温度 有 不同的“充电过流”与“充电电压 ” 保护,还 要有 “放电过流”保护, “放电过低电压”保护,…等等。 </li></ul>
  8. 8. 电池管理系统的定义及主要功能和作用
  9. 9. 电池管理系统的定义 Page <ul><li>电池管理系统 (BMS) 用于管理一个电池包或系统 , 其中包括 : (1) 电池的各个状态监控(电压 / 电流 / 温度 , 其他) ; (2) 二次数据处理 (SOC/SOH/SOE); (3) 报告这些检测及处理数据,进行相应报警保护管理 ; (4) 监控并控制电池环境温度 ( 冷却 / 加热,热管理 ); (5) 均衡管理 ; 等等 . </li></ul><ul><li>BMS 的最终目的是使电池包 安全、可靠和长使用寿命。 </li></ul>
  10. 10. 电池管理系统的作用 (ex. 新能源汽车 ) Page <ul><li>电池管理系统对新能源汽车的重要性主要表现在以下三个方面: </li></ul><ul><li>监测电池的功能: 电池管理系统可以实时监测动力电池组的各项工作参数 ( 电压、温度、电流及其他项目,如漏电检测 ) ,保证动力电池安全运行,从而保证汽车的安全、可靠运行; </li></ul><ul><li>管理及保护电池的功能: 电池管理系统通过对动力电池工作参数的监测和对电池状态的估计,避免过充和过放,进行均衡及热管理,可以使动力电池工作在最佳工作区,提高可靠性及使用效率、延长电池使用寿命。 </li></ul><ul><li>动力控制策略讯息的提供: 电池管理系统提供的监测参数,如动力电池的荷电状态、可用功率等,还可以帮助整车控制系统采取合适的控制策略,有利于提高电动汽车的动力性、安全性,降低排放 。 </li></ul>
  11. 11. O2 电池管理系统( BMS/AFE )集散式设计结构
  12. 12. 电池均衡管理技术 -- 按需均衡 ( BOD , Bleeding On Demand )
  13. 13. <ul><li>长时间使用下,各电池的材质老化不同步而造成差异变大:生产工艺、材质等的细微差异,在长时间的使用下,会使得单个电池的电压、内阻、容量产生较大差异变化; </li></ul><ul><li>不同生产批次的电池,其内阻、容量等特性也会略有不同; </li></ul><ul><li>电池组个别电池内部出现热点或软短路 (Micro-Short) 所导致的自放电; </li></ul><ul><li>串联单体电池在系统中串联的电位位置不同所产生的不同的漏电; </li></ul><ul><li>电池组内不同区域温度变化不同,串联单体电池在系统中串联的相对散热位置不同,造成部分电池受热更多,使得某些电池损耗变大; </li></ul>电池失衡的原因
  14. 14. 单体电池失衡对电池包“可充及可放”容量降低的影响 放电( Discharge) 充电 (Charge) 现象:当 A 电池充满电触发 OV 保护,其他 B,C 电池还没充满电 现象:当 B 电池触发 UV 保护时 , 其他 A,C 电池还有电 长期使用, 不均衡产生 A B C A B C A B C A B C
  15. 15. 设计均衡方案的考量 <ul><ul><li>1. 均衡电流的大小 ? </li></ul></ul><ul><ul><li>“ 充电电流 v.s. 均衡电流” </li></ul></ul><ul><ul><li>2. 均衡的时机 ? </li></ul></ul><ul><ul><li>“ 参考过压点 ? 参考固定均衡电压点 ? 或还是参考实时的 (real times) 所有电池的电压差值 ?” </li></ul></ul><ul><ul><li> 均衡起始电压”可设定吗 ? </li></ul></ul>3. 均衡精准度如何考虑 , 可设定吗 ? 4. 均衡设计时散热的考虑 ? O2 BOD 按需均衡技术 1. BOD 的外部均衡电流可通过外部均衡电阻灵活调整 2. BOD :电池均衡起始电压 ( 时机 ) 可灵活设置. 3. BOD :灵活设置均衡的精准度选项 (10mV~80mV) 4. 可选择同时均衡的M ax. 通道数 (1, 2, 3, 4, or all channels).
  16. 16. - -- 容量变化 放电次数 放电容量 测试条件 : 10S 26650 LiFePO4 电池 ( 容量: 2000mAhr ) 第一节电池放电 50% 量 (1000mAhr); 第二节电池放电 40% 量 (1200mAhr); 第三节电池放电 30% 量 (1400mAhr); 第四节电池放电 20% 量 (1600mAhr); 第五节电池放电 10®¹ 量 (1800mAhr). 均衡电流 :70mA,26 个充放电循环 (1C), 电池恢复 . BOD按需均衡特性实验  - 10S LiFePO4
  17. 17. --- 失衡电池的 均衡 充放电时间趋势图 放电时间 1943 秒 C ell 9: Cell 1: 放电时间 3540 秒 BOD按需均衡特性实验  - 10S LiFePO4
  18. 18. Page 电池管理系统的发展趋势要求 (1) 提高电压 / 电流 / 温度 检测精度的可靠性和同步性 数据量大, 同步 检测要精度高又可靠;应用电路要 抗干扰能力强 ,以应付车上环境复杂且 EMI/EMC 高性能的要求。 (2) 更高精度的 SOC/SOH/SOE 在各种车载使用工况环境及电池正常寿命条件下 , 可靠的自适应性的演算法 可精确进行 SOC 在线检测及估算 。 ( 4 ) 更可靠更安全 加强 冗余设计 ,及 故障预测与诊断能力 ,提高电池可靠性及安全保护 。 ( 5 ) 通用性 ( 标准化 ) 及应用的方便性 弹性的模组化设计 ,基于不同(各式电动车)的应用需求及不同的电池规格 , BMS 能灵活的进行支持 , 而无需大量的改动,且 使生产、组装、维护管理容易 。 (3) 非耗能型的电池均衡管理 基于能量平衡的 高效低成本的主动型的电池均衡管理 ,降低热源及功耗。   
  19. 19. 结语 <ul><li>电池管理系统要依应用需求,如依照车种,车型,用途,动力配置,车速,马力,行使距离,车身结构,成本,… 等不同因素的定义,及电池组的电池种类,电池能量,功率,电压,体积,管理策略等考量来设计。所以,电池管理系统是电动车整车动力总成及性能优化设计的重要环节 ,也是动力电池应用及新能源汽车产业发展的关键。 </li></ul><ul><li>深刻地了解电池特性 ( 及其工作条件 ) 是电池管理系统的最基本工作。 </li></ul><ul><li>如何有效地,快速地,可靠地获得精准的电池单体,电池模组,电池包内的各重要参数 ( 电压,温度,电流等 ) 的资料,是从事电池管理系统设计所要面临与解决的第一个技术课题。电池管理单元 (BMU) 为因应解决这些低层硬体信息检测需求而诞生。 </li></ul><ul><li>以管理让电池工作在“ Normal 工作区”,甚至”最佳, 最可控制,可预期的工作区” 的环境为优先。让电池可以稳定且持续的以最佳状态运行着。而不是去管理电池组在经过各种恶劣环境挑战后的「电池异变特性管理┘。 -- 热管理是很重要的。 </li></ul><ul><li>运用系统技术从事将电池管理系统标准化及通用化推进,使生产、组装、维护管理容易。 </li></ul><ul><li>凹凸科技致力于电池管理晶片 (BMU) 研发及电池管理系统 (BMS) 应用,期望能为这个电动车产业有所贡献。 </li></ul>
  20. 20. Page Thanks!

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