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1、BMS均衡方法简介培训姚松20126612BMS定文 BMS: Battery management system SYSTEM）, 其作用是对锂离子电池电压、电流、温度、容量、 电池SOC荷电状态计量、电池与车体的绝缘状态 等多种电池参数以CAN通讯的方式与车控电脑实 时进行信息交换，确保电池的能量发挥到极致， 使驾驶者能够随时掌握电池的工作状态，以保证 电池的安全。BMS不仅是数字化智能电池系统的 中枢神经，也是新能源汽车必不可少的关键部件 SOC： State of Charge,电池（组）荷电状态；SOH： State of Health,电池健康度BMS功能电池的电压，温度，工作电流
2、，电池电，绝缘阻抗，继电器状态等一系列电池相关参数进行实时监测或计算，并根耀翳鶴掘眇池的状态以进行相应的操作，防 i）电池工作状态监控：主要指在电池的工作过程中，对 2）电池充放电管理：在电池的充电或放电的过程中，根 据环境状态，电池状态等相关参数对电池的充电或放电进 行管理，设置电池的最佳充电或放电曲线（如充电电流， 充电上限电压值，放电下限电压值等），实现电池过充， 应放，过温，过流，短路等保护统齣核心部祥。电池管理系统主要部件 1）信号采集模块：主要用于对电池组电压，充电电 流，放电电流，单体电压，电池温度，等参数进行采 集。通常采用隔离处理的方式。（除温度信号） 2）电池保护电路模块：
3、通常这部分是采用软件控制 一些外部器件来实现的。如通过信号控制继电器的通 断来允许或禁止充放电设备或电池的工作以实现对电 3）均岛电路模块：主要用于对电池组单体电压的采 集，并进行单体间的均衡充电使组中各电池达到均衡 一致的状态。4）下位机模块：信号处理，控制，通讯。BMS为什么要均衡?一致性不好的原因?不一致性的产生原因:在制造过程中，由于工艺问题和材质的不均匀，使电池极板厚度、微孔率、活性物质的活化程度 等存在微小差别，这种电池内部结构和材质上的 不完全一致性，就会使同一批次出厂的同一型号 电池的容量、内阻和电压等参数值不可能完全一 致在装车使用时，由于电池组中各个电池的温度、 通风条件、
4、自放电程度、电解液密度等差别的影 响，在一定程度上增加了电池电压、内阻及容量 等参数的不一致BMS均衡的目的延长电池组使用寿命电池组寿命困境2号单体电池口幻口日 。口000电池在成组以后的寿命远远低于单体电池的寿命，主要原因：由于电池间的个体差异，导致充电时，容量糧小的电池容易过充，放电时，容量最 小的电池又容易过放，由于容星最小的电池受损，容量变得更小，进入恶性循环。单体电池性能的优劣直接影晌到整组电池的充放电特性.电池组容量降低有源均衡0 口口OO充电均衡放电均衡均i分类被动均衡（有损均衡）电阻耗能式，在每一颗单体电池并联一个电阻分 流，耗能均衡就是将容量多的电池中多余的能量 消耗掉，实现
5、整组电池电压的均衡主动均衡（无损均衡）能量转移式，将单体能量高的转移到单体能量低 的，或用整组能量补充到单体最低电池，在实施 过程中需要一个储能环节，好让能量通过这个环 节重新进行分配被动式均衡介鉛被动式均衡分为硬件方案和软件方案1.被动式硬件方案介绍充电末端均衡，均衡电流约55mA,没有压差比较，单体 电池到达某个点后开启均衡。例如ioS三元电池，单体到达牛19V后开启单通道放电nn sI 2 B sof2.被动式软件方案均衡启动均衡条件：有单体最高电压值，单体最高最低压差比较，有对比选择性的均衡。例如ioS电 池中，先采集单体电压，计算最高最低压差，当压差大于5omV,且单体最高大于38V
6、时启动均衡, 此时只要是单体大于38V且比单体最低高50mV 即开启单通道均衡（开启并联电阻放电）主动式均衡分类主动式无损均衡根据能量的流动方式分为集中式和分散式集中式均衡方法就是从整组电池获取能量，然后通过电能 转换装置向能量少的电池补充电量，分散式的均衡方法就是在相邻的电池之问存在一个储能环 节，这个储能环节可以是电感也可以是电容，这样就可以 让能量在相邻电池之间流动，能量多的电池就可以将能量 传递到能量少的电池 这两种方式的最终目的都可以均衡整组电池。无损均衡方式分类1无损均衡方式分类无损均衡一分散式分散式目前分为：电容式（飞度电容法）和储能电 感式电容式：即通过切换电容开关，将电荷从电
7、压高的 电池转移到电压低的电池，达到均衡，达到均衡 需要多次传输，且两个电池压差很小时需要很长 时间均衡每两个电池组成一个均衡单元，如图1中电池EB1和EB2 组成第一个均衡单元，储能电容C1 ;储能电感LI、L 2 ; 开关QI、Q2组成了均衡电路.当E B1和EB2产生不平衡 时，该均衡电路在相位相反的两个方波驱动下交替开关, 通过储能元件构成的能量交换通道逐次地把电压高电池的 电荷搬移到电压低的电池中，直至两个电池平衡为止储能电感对称分布式能量转移图1充电均衡电路Fig.l Charge equalization circuit充电均衡电路如图1所示。电池组由多节单体电池串开畫齬誥瑛直冷
8、黯鏗髦1瞌計他游电池中。各均衡电路中开关器件可同时导通，其通 io 占空电池Bn对电感Ln充电储能，电感电流线性上升，当 Sn关断时，电感5中的能量通过二极管续流到其他 蓄电池中。上游电池的储能电感通过二极管续流到下 游电池，下游电池的储能电感则通过二极管续流到上无损均衡一集中式无损均衡一集中式根据均衡器处理能量的可能流向分单向和双向均衡 双向型使用双向变换器，输入输出方向动态调整。比较而言，双向型更具优势，基于均衡效率考虑, 单向型均衡器，使用自组高压到单体低压的变换器 适用于放电均衡，使用自单体低压到组高压的逆 变器适合充电均衡。无损均衡一集中式单向均衡无损均衡一集中式双向均衡基于变压器架
9、构的新型主动均衡方案该方案采用一个反激式变压器作为核心，通过磁 场与电场的转换，实现能量在单个电池单元与整 个电池组间双向传递。电池充电和放电均衡的具 体过程可以用“劫富济贫”来形容图5a顶部均慟技术示意图5b底部均畅技术示意Block -电池组间均衡法被动式硬件方案BMS均衡方法主动式软件方案DC/DC集中式分散式单向均衡双向均衡飞度电容储能电感各均衡方案优缺点对比被动均衡方式优点：是电路结构简单，成本较低八、亀牒充臓魏均麟中厶冃5 的流 $ 多衡，均BMS应用：电动自行车、电摩 飞发电容方案优点：成采低，结构简单，主动式能量利用率高缺点：均衡效率有限，是把电容作为能量传递的载体。该方案可以实现 能量在电池组任意两个单体之间的直接转移。由于均衡电流受电容电压 呈电i也组电軸勒环差的限創，随着均衡过程的进行，均衡速度会越 来越慢，量产均衡电流300mA左右储能电感方案：优点：主动式能量利用率高，均衡效果大于电容方案， 量产均衡电流5A缺点：1 贞罷在相邻的两节之间转移能量。2 成本偏高，结构复杂DQ/DC单向均衡：均衡性能有限，目前量产均衡电流可 以劉1A DC/DC双向均衡：均衡效果理想，成本高，结构复杂， 适用与大型动力电池或储能站电池，目前量产均衡电流可 以到5A
