电动汽车蓄电池网络组合的BMSA
2018-12-07
中国电源产业网
导语：电动汽车上的蓄电池管理系统，是必配的总成部件，现在市场上流行的BMS，都是针对单串蓄电池的。在采用蓄电池网络组和结构后，由于采用了多串并联的电气连接方案，就需要采用专用配套的BMS。本文就网络BMS的基本要求所以说明。
摘要：电动汽车上的蓄电池管理系统，是必配的总成部件，现在市场上流行的BMS，都是针对单串蓄电池的。在采用蓄电池网络组和结构后，由于采用了多串并联的电气连接方案，就需要采用专用配套的BMS。本文就网络BMS的基本要求所以说明。
关键词：阀控蓄电池、维护
电动汽车上的蓄电池管理系统BMS，是对蓄电池进行检测和管理的。现在流行的BMS，记录的数据是单节电压和整车电流值。这两类BMS的结构、数据显示完全不同，为避免混淆，我们把测量电压信号为主的称为BMSV，把网络组合配套的BMS称为BMSA。
电动汽车蓄电池结构还有一种方式，就是网络组合法。这种组合与现有的单串蓄电池相比有8个优点，这些优点的发挥，需要专用的“网络BMSA”的技术保障。
1、蓄电池电路的基本结构
采用网络组合法，基本电气单元是“单元包”。笔者采用的“包”是标称电压为36V的独立单元，在单元包内部，
电池无论如何组和，在BMSA中都是不做检测和记录的。所以我们只说明“包”以后的组和。
整车的蓄电池组和示意见图1。
在图1中，在长短线电池符号的外面，有一个方框，表示是一个电池包。通常包的容量和电压两个参数都是随车况而定的。大多数车辆可以按36V的标称电压进行设计，整车的电压，是按72、144、216、288V这样的台阶
选取的。在有些情况下，在一个车辆上，为了提高车辆蓄电池箱的空间利用率，笔者也曾采用过36V和72V的两种电池包，也采用过22Ah和34Ah两种容量电池包。但在一串电池中，每包电池容量必须一致，每串电池的标称总电压必须一致。
在每串蓄电池中，都设一个电流检测装置，可以用霍尔元件，也可用75mV标准分流器。采用霍尔元件需要独立供电，元件发热量小，可以不考虑。采用分流器元件的，需要考虑器件的绝缘和散热问题。图1中的总电流F8和其他分流器F1~F7电流测量原件，需要定制专用的结构，由于汽车上的安装环境狭小，防止粉尘和水分的条件较高，适合电动汽车使用的很难找到。最终可以采用的结构，要根据车体电池箱的布置和结构确定。
2、信号源说明
网络BMSA的信号源有两类，一类是电流信号，一类是电压信号。每串电池产生一个电流信号，整车总电流一个信号。总电压只有一个信号。
对包电压可以不做检测，因为检测值基本一样，数据没有参考价值。
对电流的检测信号有正负之分，正信号是充电值，负信号是放电值。充电作业经常不在换电站，而是在就近的充电桩，所以充电时间和充电的能量数，需要记录下来。
在两次充电之间的放电容量，要进行累计并存储，一旦充电结束，就要从新开始记录放电容量。累计全部放电容量，就知道蓄电池的工作负荷和有效循环次数。
检测各串蓄电池的电流，是对电池串性能的最有效检测。对电化学电源来说，电流的化学效应有很大程度累计时，才能在电压参数上表现出来差异。因此对蓄电池内在性能的判断，电流值的检测要比对电压值的检测有效得多。
各串电池的标称容量虽然相同，但充放电性能始终是不一样的，总是符合按正态分布规律，我们最关心的是从放电性能最差的那一串。这是在电池发生失效故障之前就能发现的，在事故酝酿的过程中，及时排除故障，是每一个用户都希望做到的。
3、显示和记录
图2所示是一个12串电流的信号在司机面板上的显示。
其中的容量显示是整车的容量。尚有的保有容量的显示，绿色区域为保有容量值的对应区域。其他的实时值有总电压，总电流，本次已经充（放）电的能量，电流差限是设定值，超过设定值就发生记录事件。
显示在液晶屏上的每串电流数据见图2中的直方条。
显示屏数据的更新频率为1秒。电流的数值是瞬息万变的，数据记录并不是按时间间隔定时记录，而是按状态记录，当电流超过一定值才做记录，通常设置在汽车的启动时，这时的电流值最大，电流的差值也最大。这样记录的数据量少，且有用。如果按时间定时记录，会产生大量垃圾数据。
每次充电后，在放电过程中只保留1次放电时记录的电流最大差值，其余数据不保存。更换电池串也是只更换电流最小的电池串。
BMSA数据的作用是给蓄电池维护提供数据，对维护作业没有参照作用的数据，就不必显示和记录。
4、报警
BMSA的报警有以下几点：
4.1蓄电池最低保有容量警告，在放电中容量降到20%和10%分别报警，到15%只保留牵引电机供电，切断其他电路的供电，容量降到5%必须关断主电路，需要设置人工恢复，并作违章使用记录。
4.2充电时最大的电流的电池串，有两种情况，正常的情况是电流值大但变化正常。充电电流如果基本恒定不变，就要检查该串电池的故障处所。
[作者简介]
段万普，高级工程师。连续40年从事蓄电池合理使用与维护技术的研究。电邮：15969582562@139.com
（此文章为原创，转载须白条通过）
编辑：中国电源产业网
来源：段万普 /郑州工程技术学院电动汽车实验室
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