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用于电动汽车电池管理系统中的高精度温湿度传感器

2020-05-29 09:00

在保证电池系统安全的设计过程中,除了电池单体特性、电池模组设计、电池包的结构和排气设计以外,就要数电池管理系统最有主控性。由于电池组由多个电池串联而成,其有效使用性能基于最薄弱的单个电池。电池的电量存在差异是由于制造过程中的化学失衡,在电池组中的位置(热量变化)以及使用或寿命相关的改变。


电池电压之间的差异指示系统层面电池的失衡。造成这种差异的原因至今仍在研究之中。充分了解这一点是非常重要的,因为它影响着电池组在电力输出方面的持续时间,以及每个单体电池的可用寿命和电池组的使用寿命。
从镍氢电池开始,电池由于其本身的特性,需要电池管理系统来管理,它也是新能源汽车整体架构中的要素之一。从总体来看,电池管理系统的主要目的是测量电池状态、延长电池的使用寿命。电池管理系统的常见功能模块根据初步划分,也可以分为测量功能、状态计算功能、系统辅助功能和通信与诊断。
温度对电池的参数有着很大的意义,这里也是引起争议的地方。在设计电池和模组的时候,电池内外的温度差异、电池极耳和母线焊接处、模组内电池温度差异和电池包内最大温度差,这些参数在设计整个电池包的时候都是属于已经进行先期控制了。BMS在设计温度传感器的放置点,以及放置多少温度点和最后采集得到的温度点表征整个电池包的运行情况,这里并不是BMS能管理的范畴。温度检测的精度也是颇有讲究的,如在-40度的时候,检测精度不需要特别高,因为使用电池系统本身就需要加热,而在-10度~10度对电池性能有重大影响的区域,还有40度高温临近点,这些都是需要重点关心的区域。在设计的过程中,可以用上拉电阻、滤波电阻和温度传感器的本身的数值进行蒙特卡罗分析。
电池包的往往仅在单体这一层级做并联(最极端的是特斯拉的小电池的75个并联),电池包内的单体串联给整车提供电能,所以一般只需要测量一个电流。电流测量手段主要分两种智能分流器或霍尔电流传感器。由于电池系统需要处理的电流数值,往往瞬时很大,比如车辆加速所需要的放电电流和能量回收时候的充电电流,因此评估测量电池包的输出电流(放电)和输入电流(充电)的量程和精度,这是一件需要仔细检查的工作。电流是引起单体温度变化的主要原因,作用在内阻和化学发热一起构成了电池发热;电流变化的时候也会引起电压的变化,与时间一起,这三项是核算电池状态的必备元素。
电池包内一般有多个继电器,电池管理系统至少要完成对继电器的驱动供给和状态检测,继电器控制往往是和整车控制器协调后确认控制器,而安全气囊控制器输出的碰撞信号一般与继电器控制器断开直接挂钩。电池包内继电器一般有主正、主负、预充继电器和充电继电器,在电池包外还有独立的配电盒对整个电流分配做个更细致的保护。对电池包的继电器控制,闭合、断开的状态以及开关的顺序都很重要。

如前所述,电池的化学性能受环境的温度影响非常大,为了保证电池的使用寿命必须让电池工作在合理的温度范围之内,并根据不同的温度给整车控制器得出其所能输出和输入的最大功率。对于电池系统的温度控制主要用到CFD仿真分析,如前所述的温度传感器这一单元,如何使用最少的传感器来有效的监测整个电池包的温度分布,并将监测信息反馈给电池管理系统和整个电池温度管理系统。


最后推荐一款由工采网从国外引进的高质量温湿度传感器,高精度湿度测量传感器模块- HTW-211,HTW-211是基于HumiChip®的精确可靠的湿度测量传感器。传感器的湿度输出已经温度补偿,并且是线性电压,可直接连接带ADC输入的微计算机。特别设计的成型封装和涂层材料能够确保即使在严苛环境下的耐受性和可靠性。
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linta    

2020-05-29 11:57 -

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