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浅谈BMS系统及其测试技术

发布时间:2022-09-15 11:09人气:

  

  BMS它的意思是电池管理系统,它的作用是管理电池组,使电池组能够保持更好的状态,稳定工作,使电池组的使用寿命更长。

  BMS它最初广泛应用于混合动力汽车中。早期,国家将混合动力汽车归类为新能源汽车。后来,混合动力汽车与新能源汽车分离,只将混合动力汽车归类为节能车型。

  众所周知,新电池的储能效果和一致性大多都很好,所以在车辆运行的早期阶段,应该能够显示混合动力汽车的节能效率。但随着时间的推移,电池本身的性能也有所不同BMS这种效果出现了。我不知道有多少混合动力汽车仍然像早期一样节能?如果BMS不起作用,随着电池一致性越来越差,电池的实际效率将大大降低,安全风险将急剧增加。许多早期投入运营的车辆一个接一个地烧毁汽车,这暴露了一些问题。

  因此,基于锂电池使用的安全需要,延长电池组的使用寿命,提高电池组的有效储能,BMS在新能源电动汽车和储能系统中,系统的重要性也越来越高,越来越受到重视。

  BMS它是一种功能特别复杂的电子设备。在其设计阶段,需要验证原型的功能;在生产阶段,需要测试产品的功能;如果设备出现故障,需要进行维护。在这些阶段,需要相应的测试设备来支持。

  BMS功能包括三个主要方面:

  ·监测和管理电池组的工作状态——电压监测、电流监测、温度监测、SOC估计、平衡控制等

  ·管理电池组的异常状态——单体和电池组的过充、过放、过流、温度超限、不平衡等

  ·管理电池组故障-传感器丢失、单体故障等

  BMS这些功能涉及到各种技术,包括数据采集、过程控制、数据通信等ADC,DIO,PWM,CAN,各种端口和设备,如继电器,具有复杂的功能和算法。

  为了对如此复杂的功能进行全面的测试——在许多情况下,性能测试和评估——目前主要有两种方法:

  第一种方法:管理实物电池组和BMS测试对接。

  这种测试方法是最直接的,所有的测试参数都与实际情况一致,看似理想,但在实际应用中存在着许多问题:

  ·测试时间长-电池组的充放需要更多的时间。要完成一个工作周期,必须遵循实物的特性。等待时间相对较长,很难进行批量测试

  ·需要的辅助设备很多——为了模拟各种环境状态,需要大型恒温箱等辅助设施

  ·难以调整参数-如果用于BMS单个功能的验证和调试应在测试开始前通过充放电来调整电池组的状态

  ·可控性差——单体的容量、内阻等重要参数受物理对象的限制,没有调整空间。受电池组装过程等诸多因素的影响,任何单体都无法调整SOC等待运行状态。此外,随着循环次数的增加,电池组本身的状态也会发生变化

  ·存在安全隐患——电池组是一种储存大量能量的装置,威胁操作员的人身安全

  ·能耗大——电池组的充放电需要大量的能源

  ·系统成本高——电池组本身价格相对较高,尤其是大功率电池组;相关维护费用也很高。

  ·实际状态是未知的——这是最致命的。电池组中每个电池单体的电压、温度、平衡电流等参数的设定值是未知的,用户只能获得无法比较的测量值。

  因此,该方法仅适用于验证BMS性能在正常工作范围内,但不适合应用BMS开发调试和生产测试

  第二种方法:基于模拟电池组的测试和验证。

  ·电池单体的电压由高精度程控电池模拟器模拟,具有一定的电流输出和吸收能力,模拟放电和充电过程

  ·模拟每个温度传感器通过高精度程控电阻

  ·通过高精度的程序控制DAC模拟电流传感器

  ·通过数字IO,DAC,CAN总线通信模块、程序控制电源等辅助设备,实现其他功能端口的模拟和模拟BMS的通讯。

  该方法基于成熟的计算机技术和测试仪器硬件平台,可以通过应用软件快速调整电池组的工作状态,提高测试效率和安全性,具有良好的可扩展性。虽然一次性投资相对较高,但长期综合效益明显。如果有很多BMS经过测试,成本优势更加明显。非常适合BMS开发,和批量生产测试。

  对BMS测试的关键是模拟电池组的高精度。

  模拟方法大致分为两类:

  1.开环模拟。直接模拟电池组的运行参数,提前设置所有数据和变化过程。这种方法主要用于快速检测BMS基本功能。主控计算机性能要求不高,软件相对简单,整体成本较低。特别适合BMS开发阶段的功能验证,以及批量生产BMS进行测试

  2.闭环仿真。设置部分参数和变化过程,其他参数根据被测试BMS自动调整反馈。该方法功能全面,可用于对齐BMS测试了各种先进的功能。通常,某种类型的电池数学模型被放置在这种类型的测试系统中。输出特性基于数学模型的实时计算结果,计算机性能要求高,软件开发工作量大,成本高。然而,如果模型建立准确,模拟结果将更符合真实电池组的特性。BMS复杂功能的验证在研发阶段。

  开环试验中,主要仿真参数如下:

  第一类,直接仿真参数:

  ·电池单体电压-根据BMS管理管理的单体数量,可以通过程序设置每个模拟单体的输出电压。电压的可调范围将大于真实电池。例如,对于模拟锂离子电池的设备,输出电压下限将低至1.5V甚至0V,上限可达7V,足以模拟严重的过充和过放。电压精度可达2mV甚至1mV

  ·电池组总电压-虽然总电压可以通过串联模拟单体获得,但如果具有独立的总电压测量端口BMS为了避免多个单体的累积误差,可以通过程控直流电源直接给出总电压

  ·电池总电流-大部分BMS总电流(如霍尔传感器)通过外部电流传感器获得,可以通过模拟测试获得DAC模拟电流传感器的输出。这样做的好处是,首先,它可以通过软件支持具有各种不同特性的传感器,其次,它可以避免使用大而昂贵的大电流来控制直流电源和电子负载

  ·电池单体的温度——通过高精度程序控制电阻模拟每个温度传感器。使用更多的应用NTC以型传感器为例,仿真温度范围可达-100℃~300℃,分辨率可达0.1℃,它远远超出了实际传感器的能力,可以准确地模拟各种极端的工作条件。避免使用恒温箱,可以设置每个传感器的温度值,模拟温度场,也可以模拟传感器短路、开路等故障

  ·其它IO端口-包括DIO,PWM,CAN端口,如总线通信

  第二类,间接仿真参数:

  ·平衡电流-平衡电流取决于模拟电池单体的输出容量,实际值取决于模拟电池单体的输出容量BMS决定。通常用于被动平衡测试的最大模拟单体可以输出1左右A的电流。

  ·通过总电流和单体电压的变化过程,可以反映电池内阻-电池内阻


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