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【技术盛宴】锂电池应用及保护

  

           【技术盛宴】锂电池应用及保护 —— 看到 大家都在介绍自己的设计,自己的经历和遇到的问题,我也学到了横多。 

看到 大家都在介绍自己的设计,自己的经历和遇到的问题,我也学到了横多。我工作没有那么长,没有十年,也没有八年。

刚两年,刚出学校的时候,国家正好,推新能源 ——  特别是汽车!其实,不论是太阳能发,还是分力发电,电动汽车。

都离不开锂电池,锂电池能量密度高,体积和重量相对来说都会小很多。但是多节串联时,各节间,不均和比较突出。这就需要

做个专门的保护板,

 上班了!。。。

    检测加均衡在一起的设计。

        接上“”      电池管理系统(BMS)主要涵盖以下几个功能

           1) 电池工作状态监控:主要指在电池的工作过程中,对电池的电压,温度,工作电流,电池电量等一系列电池相关参数进行实时监测或计算,并根据这些参数判断目前电池的状态,以进行相应的操作,防止电池的过充或过放。

          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)

          3) 单体电池间均衡:即为单体电池均衡充电,使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡器是电池管理系统的核心部件,但目前国内在这方面的技术还不成熟。

          这里面最重要的就是各 单体电池间电压均衡,方案和办法很多,可以按照下面的分:

             1.根据均衡工作的时间特性 可以分为 充电均衡 和放电均衡(我感觉也就是有主动均衡和被动均衡两种均衡方式)。

             2.  根据均衡工作能量特性    无损均衡和有损均衡(也就是,是放电放掉,还是高电压的给低电压的充电)。

             3.还有其他说法,但我认为通常就分为这两类。

       下面分别来说!跑到9帖了

 

 

今天总结一下,

[@1]电池管理系统(BMS)主要涵盖以下几个功能。

1. 电池工作状态监控:2.  电池充放电管理:3. 单体电池间均衡:

BMS整体框图如下:

[@2] 电池管理系统(BMS)主要有那几个部分。

1.       信号采集模块:2. 电池保护电路模块:3. 均衡电路模块:4. 上位机模块:

??这里面均衡电路特别重要,是关键技术。

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2015-11-12 14:41
好好上班,未完待续
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2015-11-12 21:46
翘首企盼楼主的锂电池保护方案
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2015-11-13 11:50
  坐等!
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2015-11-13 12:33
再做几年就八年,十年了,做技术过得很快的,时间总是那么的不够用。
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2015-11-13 12:40
@417zhouge
再做几年就八年,十年了,做技术过得很快的,时间总是那么的不够用。

那老的也一定很快!!

 还在写!

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2015-11-13 12:43
@a2822964691
那老的也一定很快[图片]!! 还在写!
不会的,在实验室待久了,不怎么出去晒,还是不老的。
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2015-11-13 20:39
@a2822964691
那老的也一定很快[图片]!! 还在写!
    见解深深啊!!!     
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2015-11-13 22:07

    喝口水接着说:

电池管理系统主要包括以下几个部分

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。 

2) 电池保护电路模块: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池保护。

3) 均衡电路模块: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。

shantu 框图

电路板图 :下面的是锂电池组,上面的是BMU ,左上边的是均衡板,右边角的是主动均衡的电源。CAN通信看的不是很清楚!

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a2822964691
LV.8
10
2015-11-13 22:17

接着9帖  框图第一部分。

(一) 信号采集系统信号 —— (采集系统主要用于采集以下信号)

1 蓄电池组相关信号:蓄电池组电压,充电电流,放电电流,蓄电池组温度信号。

2 蓄电池单体相关信号:蓄电池单体电压。

3 外设设备状态信号:充放电开关状态,风机开关状态,高压电路对地绝缘状态,充电口状态

4 其它信号:其它设备上的有关的状态信号。

好晚了,要睡觉了。

         最先进的均衡方案是从单体到单体, 从高压单体直接把能量变换到低压单体, 具有最佳的均衡效率, 实现难度也较大。

     (也就是 无损均衡) 是能量转移的均衡方式。但在小电流均衡(通常在 500mA 以下)时,采用最多的则是电阻放电法。

      原理很简单,通过每串单体上并联一个串接的开关和电阻,一旦某串单体电压高出均衡阈值,则接通开关,通过电阻将多余的能量释放掉。

      电路简单。但大电流情况下就不能使用,耗的太厉害,太阳能什么晒出点电不容易啊!!只能用无损的了。

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z1249335567
LV.8
11
2015-11-14 08:13
@a2822964691
接着9帖 [图片]框图第一部分。(一)信号采集系统信号——(采集系统主要用于采集以下信号)1蓄电池组相关信号:蓄电池组电压,充电电流,放电电流,蓄电池组温度信号。2蓄电池单体相关信号:蓄电池单体电压。3外设设备状态信号:充放电开关状态,风机开关状态,高压电路对地绝缘状态,充电口状态。4其它信号:其它设备上的有关的状态信号。[图片][图片]好晚了,要睡觉了。     最先进的均衡方案是从单体到单体,从高压单体直接把能量变换到低压单体,具有最佳的均衡效率,实现难度也较大。    (也就是 无损均衡)是能量转移的均衡方式。但在小电流均衡(通常在500mA以下)时,采用最多的则是电阻放电法。     原理很简单,通过每串单体上并联一个串接的开关和电阻,一旦某串单体电压高出均衡阈值,则接通开关,通过电阻将多余的能量释放掉。      电路简单。但大电流情况下就不能使用,耗的太厉害,太阳能什么晒出点电不容易啊!![图片]只能用无损的了。
辛苦辛苦!今天休息?
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2015-11-15 12:04
@z1249335567
辛苦辛苦!今天休息?
辛苦辛苦!都很辛苦!
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2015-11-15 12:29
@417zhouge
再做几年就八年,十年了,做技术过得很快的,时间总是那么的不够用。
    岁月如刀啊!
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a2822964691
LV.8
14
2015-11-15 12:50
@a2822964691
接着9帖 [图片]框图第一部分。(一)信号采集系统信号——(采集系统主要用于采集以下信号)1蓄电池组相关信号:蓄电池组电压,充电电流,放电电流,蓄电池组温度信号。2蓄电池单体相关信号:蓄电池单体电压。3外设设备状态信号:充放电开关状态,风机开关状态,高压电路对地绝缘状态,充电口状态。4其它信号:其它设备上的有关的状态信号。[图片][图片]好晚了,要睡觉了。     最先进的均衡方案是从单体到单体,从高压单体直接把能量变换到低压单体,具有最佳的均衡效率,实现难度也较大。    (也就是 无损均衡)是能量转移的均衡方式。但在小电流均衡(通常在500mA以下)时,采用最多的则是电阻放电法。     原理很简单,通过每串单体上并联一个串接的开关和电阻,一旦某串单体电压高出均衡阈值,则接通开关,通过电阻将多余的能量释放掉。      电路简单。但大电流情况下就不能使用,耗的太厉害,太阳能什么晒出点电不容易啊!![图片]只能用无损的了。

 接上的

        根据均衡的时段 可以分为 充电均衡 和放电均衡。在有些场合的应用下可以不使用放电均衡。在电动汽车的应用上,大电流发电,长时间放电,放电深度比较大。为避免单个电池的过放而保护,再充电和放电状态下均加入均衡功能。在实际应用中,车载电池放电电流要远远大于充电电流,放电电流能达到 1C,最大甚至能达到 3C,要想做这么大电流的均衡会造成均衡器的性价比很低,所以我们选择的时候按照车辆匀速 30KM/H 的速度行使时的放电电流来计算均衡电流。 在此处我们选择的均衡电流为 3A。大约为 10%的放电电流。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。

     

         最先进的均衡方案是从单体到单体, 从高压单体直接把能量变换到低压单体, 具有最佳的均衡效率, 实现难度也较大。 (也就是 无损均衡) 是能量转移的均衡方式。但在小电流均衡(通常在 500mA 以下)时,采用最多的则是电阻放电法。原理很简单,通过每串单体上并联一个串接的开关和电阻,一旦某串单体电压高出均衡阈值,则接通开关,通过电阻将多余的能量释放掉。电路简单。但大电流情况下就不能使用,耗的太厉害,太阳能什么晒出点电不容易啊!!只能用无损的了。

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a2822964691
LV.8
15
2015-11-16 12:12
@a2822964691
 接上的    根据均衡的时段可以分为充电均衡和放电均衡。在有些场合的应用下可以不使用放电均衡。在电动汽车的应用上,大电流发电,长时间放电,放电深度比较大。为避免单个电池的过放而保护,再充电和放电状态下均加入均衡功能。在实际应用中,车载电池放电电流要远远大于充电电流,放电电流能达到1C,最大甚至能达到3C,要想做这么大电流的均衡会造成均衡器的性价比很低,所以我们选择的时候按照车辆匀速30KM/H的速度行使时的放电电流来计算均衡电流。在此处我们选择的均衡电流为3A。大约为10%的放电电流。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。        最先进的均衡方案是从单体到单体,从高压单体直接把能量变换到低压单体,具有最佳的均衡效率,实现难度也较大。 (也就是 无损均衡)是能量转移的均衡方式。但在小电流均衡(通常在500mA以下)时,采用最多的则是电阻放电法。原理很简单,通过每串单体上并联一个串接的开关和电阻,一旦某串单体电压高出均衡阈值,则接通开关,通过电阻将多余的能量释放掉。电路简单。但大电流情况下就不能使用,耗的太厉害,太阳能什么晒出点电不容易啊!![图片]只能用无损的了。
 自己给自己加油!
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x34242980
LV.9
16
2015-11-16 12:18
@a2822964691
 自己给自己加油!

我们也给你加油!

   好好写,我们大家多来看

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a2512848524
LV.8
17
2015-11-16 14:59

   我们支持你,继续加油!  电动汽车,已经开始逐步走向社会了。
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z1249335567
LV.8
18
2015-11-16 15:11
@a2822964691
  喝口水[图片]接着说:电池管理系统主要包括以下几个部分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。 2)电池保护电路模块: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池保护。3)均衡电路模块: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。shantu 框图[图片]电路板图:下面的是锂电池组,上面的是BMU,左上边的是均衡板,右边角的是主动均衡的电源。CAN通信看的不是很清楚![图片]
动力电池是电动汽车的关键技术,决定了它的续行里程和成本。
1)所需的动力电池
用于电动车的动力电池应有的功能指标和经济指标包括:(1)安全性;(2)比能量;(3)比功率;(4)寿命;(5)循环价格;(6)能量转换效率。这些因素直接决定了电动车的合用性、经济性。
2)超级电容器
超级电容器的优势是质量比功率高、循环寿命长,弱点是质量比能量低、购置价格贵,但是循环寿命长达50万~100万次,故单次循环价格不高,与铅酸电池、能量型锂离子电池并联可以组成性能优良的动力电源系统。
3)铅酸电池
铅酸电池生产技术成熟,安全性好,价格低廉,废电池易回收再生。近些年来,通过新技术,其比能量低、循环寿命短、充电时发生酸雾、生产中可能有铅污染环境等缺点在不断克服中,各项指标有很大提高,不仅可更好地用作电动自行车和电动摩托车的电源,而且在电动汽车上也能发挥很好的作用。
4)为磷酸铁锂的为正极的锂离子电池
电动汽车
负极为碳、正极为磷酸铁锂的锂电池综合性能好:安全性较高,不用昂贵的原料,不含有害元素,循环寿命长达2000次,并已克服了电导率低的缺点。能量型电池的质量比能量可达120Wh/kg,与超级电容器并联使用,可以组成性能全面的动力电源。功率型的质量比能量也有70~80Wh/kg,可以单独使用而不必并联超级电容器。
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2015-11-17 08:35
    终于有图了!!  多少A的电池啊!
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a2822964691
LV.8
20
2015-11-17 09:34
@a2822964691
 接上的    根据均衡的时段可以分为充电均衡和放电均衡。在有些场合的应用下可以不使用放电均衡。在电动汽车的应用上,大电流发电,长时间放电,放电深度比较大。为避免单个电池的过放而保护,再充电和放电状态下均加入均衡功能。在实际应用中,车载电池放电电流要远远大于充电电流,放电电流能达到1C,最大甚至能达到3C,要想做这么大电流的均衡会造成均衡器的性价比很低,所以我们选择的时候按照车辆匀速30KM/H的速度行使时的放电电流来计算均衡电流。在此处我们选择的均衡电流为3A。大约为10%的放电电流。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。        最先进的均衡方案是从单体到单体,从高压单体直接把能量变换到低压单体,具有最佳的均衡效率,实现难度也较大。 (也就是 无损均衡)是能量转移的均衡方式。但在小电流均衡(通常在500mA以下)时,采用最多的则是电阻放电法。原理很简单,通过每串单体上并联一个串接的开关和电阻,一旦某串单体电压高出均衡阈值,则接通开关,通过电阻将多余的能量释放掉。电路简单。但大电流情况下就不能使用,耗的太厉害,太阳能什么晒出点电不容易啊!![图片]只能用无损的了。

  先介绍一下,什么叫无损。常用的3种方法,第2和3是无损的。

1. 电阻分流法: 从名称不难看出需要电阻,把电压较高的电池的电消耗掉,这样电压就趋于平均的状态了,是一种消耗能源的选择。(放电法)

2. 开关电容法:电容的作用不用说了,很明显这种方法比方法一要节约一些,就像储能一样,先把电量多的储存起来,再分给少的。(飞渡)

3. DC、DC变换器法:这种方法是现在研究均衡的主流方法,这就是为什么你会看到有的BMS上带有很多的变压器。(变压器法)

30帖

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2015-11-17 10:36
好好写昂  加油哇   我是来盖大红章的
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2015-11-17 10:51
支持。 想焊一组电动车锂电池组,正缺好的保护板。
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H_K_T
LV.3
23
2015-11-17 14:50
@a2822964691
 先介绍一下,什么叫无损。常用的3种方法,第2和3是无损的。[图片]1.电阻分流法:从名称不难看出需要电阻,把电压较高的电池的电消耗掉,这样电压就趋于平均的状态了,是一种消耗能源的选择。(放电法)2.开关电容法:电容的作用不用说了,很明显这种方法比方法一要节约一些,就像储能一样,先把电量多的储存起来,再分给少的。(飞渡)3.DC、DC变换器法:这种方法是现在研究均衡的主流方法,这就是为什么你会看到有的BMS上带有很多的变压器。(变压器法)到[图片]30帖
写的很好,大赞!希望能把均衡写得详细一些,让我们学习学习。
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h547515318
LV.6
24
2015-11-17 15:45
@H_K_T
写的很好,大赞!希望能把均衡写得详细一些,让我们学习学习。
嗯!给几张图,我们一定好好学习!
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2015-11-17 20:40
  天天更新,天天学习!谢谢老师!
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z1249335567
LV.8
26
2015-11-17 21:32
@电源网-天边
好好写昂 加油哇 我是来盖大红章的
  好好写!有红章的喔!
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wheelzhou
LV.9
27
2015-11-18 16:04
@z1249335567
 好好写!有红章的喔!
电动车的功率多大,额定电压容量多少?
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z1249335567
LV.8
28
2015-11-18 21:09
@a2822964691
 先介绍一下,什么叫无损。常用的3种方法,第2和3是无损的。[图片]1.电阻分流法:从名称不难看出需要电阻,把电压较高的电池的电消耗掉,这样电压就趋于平均的状态了,是一种消耗能源的选择。(放电法)2.开关电容法:电容的作用不用说了,很明显这种方法比方法一要节约一些,就像储能一样,先把电量多的储存起来,再分给少的。(飞渡)3.DC、DC变换器法:这种方法是现在研究均衡的主流方法,这就是为什么你会看到有的BMS上带有很多的变压器。(变压器法)到[图片]30帖
 我来看看你!
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z1249335567
LV.8
29
2015-11-18 21:12
@亲爱的郭郭
 天天更新,天天学习![图片]谢谢老师!
今天我来加班学习!
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a2822964691
LV.8
30
2015-11-19 11:59
@z1249335567
今天我来加班学习!

20帖。先谈飞渡,感觉他最实用,体积小,可靠性高,不浪费电能,速度还快。

工作原理如下:  (K1就是MOS管了,继电器的我还真没有用过。)

                     在具体使用时,根据检测到的各单节电池的电压值判断是否需要对电池组进行能量均衡。

若需要,闭合均衡总开关K5,开关K1、K2向下打到均衡档,用电池组的整体能量对电压最低节电池进行

额外的均衡充电,直到各节电池电压值的差别在系统要求范围之内。

               (比如发现电池串中电压差距大了,先把K1和K2接电容两端,假设最上端的单节电池电压太高,

K1-1,K1_2接通给电容充电,AD电路检测电压。充满后K1-1,K1_2断开,电池最低的一组对应的继电器打开

,如K7-1,K7_2接通,超级电容上面的电就会转移到最低端上面的电池上。相当于最上端的单节电池给

低端上面的单节电池。另一种情况,大家电压都差不多,只有一节电池太低,没有其他电池给给他充电。

这时候K1和K2接DCDC电路两端,K5也打开。电压太低那节电池,对应的MOS管开通。通过DCDC电源

给他单独充电。)

跑到40多了。

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a2822964691
LV.8
31
2015-11-19 12:32
@wheelzhou
电动车的功率多大,额定电压容量多少?

中国的比亚迪。

用这个举例:电池包容量57 kwh,电池组总电压316.8V,电池组串联数量96个。重量达到300KG

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