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分布式电池管理系统的电源管理

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发表于 2018-7-18 14:30:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
这个问题,是需要仔细去思量一下,特别是当在某些极端事件发生产生实际的失效的时候。

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图1 分布式电池管理系统

从电池企业得角度,通过电池管理系统分布式的模块化,可以实现基本价值链打通,在分布式电源管理系统里面,通过模块化的设计,由电池管理主系统(BMU)需要完成电池管理的核心算法功能,将接触器的管理功能分配给继电器管理总成(PRA),完成电池组高压电压采集、电流采集、接触器驱动和诊断、绝缘检测等功能,由电池信息采集板(CMU)完成单体电压采集、均衡和温度测量,整个系统由电池管理主系统(BMU)、继电器管理总成(PRA)和电池信息采集板(CMU)组成内部串行通信网络形成子网连接。

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图2 分布式系统的模块化程度还是非常值得考虑的

把CMU放在模组里面,使得整个装配结果更好,整个模组过程中,可以使用CMU进行数据采集以实现模组级别的EOL和入厂测试而无需进行过多的风险,在接线过程中产生各种问题。这个事情是好的,但是某些方面的风险也值得我们认真评估。
电池信息采集板(CMU)布置在动力电池模组上,重点考虑内部模组供电端和12V供电端得隔离的安全性和抗干扰性,在电源设计上设置足够的电应力冗余,保证能在恶劣的环境中稳定可靠地工作。

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图3 分布式管理系统短期内还是以CAN通信为主

分布式管理系统从硬件结构上来看,极大地简化了设计的难度,实现了模块化的考虑,可以在PHEV/EV上实现很大程度的复用,可以说有着很大的适用性。当然其缺点包括:
1) 为了保证通信完整性,需要在网络层面做足够的设计,在CAN的高速网络中实现抗干扰的设计和时间同步参考帧来控制每个采集子板中采样数据的时间差。在出现强干扰的情况下,需要采取故障安全设计。
2) 成本较高,布置上也需要模组通盘考虑。由于每个板子独立出来,在使用环节需要编号和组网刷写程序;在模组的结构上,可以采取内置和外置的模式,不仅多了PCB、外壳的成本也对整个生产过程有一定的影响。部件的复杂性使得我们对于每个部件的追溯和信息管理都要进行管控,后期维修也需要一定的处理。
而还有一个很重要的问题就是,12V电源在整个系统里面的布置,使得一个很大的电池系统内KL30和电池管理系统内的电源设计带来了较大的复杂性。
我们这里要仔细考虑电池管理系统的配电管理:

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图4 与传统的VCU相比,BMS在电源端的处理和保护非常关键

电池管理主单元的输入电源需要做细致的保护,和多输入引脚和线束的处理
  • 需要选用合理的熔丝,可能需要选择备份熔丝
  • 需要选用分离的并联连接方式,能够实现冗余12V供电
  • 熔丝需要和内部的HSD分配电源进行设计考虑
  • 电池管理主单元内的所有电源需要进行分配
  • 通信电源,多路CAN的权重不一样,使得电源之间需要进行有效的电气隔离
  • 继电器驱动等较大带有干扰的部分,需要和处理段的电源进行隔离
  • 内网部分,与内部CMU进行交互的,需要进行隔离处理,防止内部可能出现绝缘失效对整个电池管理系统进行破坏

而且这里还有一个连锁的问题,是在下方所在的电芯在防爆阀开启过程中,整个电路和线束方面可能会受到很大的摧毁效应,热量和气体的集中释放,使得在意外情况下的短路风险激增。

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图5 CMU内嵌在模组里面,其实带来了一定的脆弱性

小结:有些考虑中的失效,出现在实际的实验里面之后,我们还是需要慎重的思考下。

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