锂动力电池管理系统的设计一直是个世界级的难题,直到目前为止,也没有哪个公司在这个领域做到相当的成熟,最多实现了产业化而已。针对锂动力电池组的优化管理,尚无非常有效的解决方案,因为锂动力电池单体并不是一个特性比较明确的物理系统,而是一个在不断变化的化学系统,其各项参数都与运行工况、外部环境、内部劣化速度相关,随时间在不断的变化。国外在算法和理论研究方面起步比较早,在工程方面也有深厚积累,所以产业相对成熟。国内在锂动力电池管理系统软硬件研发方面,起步较晚(最近几年的事情),理论研究不足,工程应用是小步快跑,整体资源投入不足,各家企业都还没有非常稳定可靠的解决方案。
锂动力电池管理系统所要面对的情况比汽车领域更为复杂。面对各种化学体系、各种规格和批次、各个生产厂家、各种健康状态的退役锂动力电池模组,如何进行有效的管理,确保退役锂动力电池模组在新的应用中能安全可靠运行。
在硬件方面,应确保锂动力电池管理系统的硬件归一化设计,兼容各种不同的模组,而不必针对不同的模组和产品,开发多种规格的硬件产品。这样可以简化锂动力电池管理系统的硬件开发、升级和维护,降低产品的成本。在软件方面,需要做到底层软件模块化、标准化和固定化,应用层软件做到模块化、标准化和智能化,能够自适应各种类型的锂动力电池模组,并能够自我学习,在运行过程中为锂动力电池模组和锂动力电池单体建立模型,做到智能化的监控、预测、诊断、报警和各类在线服务。软件的升级可在线进行,并可远程升级。
锂动力电池管理系统应采用分布式拓扑结构,系统由一个主控单元(BCU,battery control unit),多个检测单元(BMU,battery measure unit )构成,各个单元之间通过高速CAN总线进行互联,完成数据的实时传输与控制。
主控单元作为锂动力电池管理系统的控制中心,负责系统运行过程的监控、数据处理、控制策略实现和外界通讯控制、锂动力电池组工作电流测量、充放电量(Ah)累计、总电压检测、绝缘检测、SOC估算。主控单元通过CAN 总线收集锂动力电池系统的数据,并在线分析锂动力电池系统的工作状态,根据分析结果进行锂动力电池组故障报警、锂动力电池组最大允许充放电功率预测、锂动力电池组SOC估算、充放电管理。
主控单元提供2 路独立的高速CAN,分别与功率控制系统(power control system,PCS,)、监控系统等通信,以供外部设备更合理的管控锂动力电池组的充放电,优化电能的使用调度,提高锂动力电池组的整体性能;同时,在系统运行过程中,实时监控锂动力电池组的详细状态。
检测单元是获取锂动力电池状态最直接和最重要的部分,通常检测单元被安装在锂动力电池箱内部,靠近锂动力电池附近,负责该箱锂动力电池单体电压检测、温度检测、均衡控制、风机控制等。并将采集的锂动力电池数据和检测锂动力电池单体的实时工作状态,通过CAN总线发送给主控单元或其他监控设备。
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