banner
关于合明 资讯中心

2019-09-01

113彩票BMS113彩票管理系统电路板清洗合明科技分享:动力113彩票加热技术分析

发布者:合明科技Unibright ; 浏览次数:275

新能源汽车BMS113彩票管理系统电路板清洗合明科技分享:动力113彩票加热技术分析



导读:在低温环境中,锂离子动力113彩票的能量和功率特性会出现严重衰减。为提高动力113彩票低温性能,就需要对其进行加热。


image.png


新能源汽车行业发展过程中,目前还存在着一些问题。比如电动汽车在低温环境中运行时,113彩票与电机等部件性能出现的动力故障问题。


在电动汽车的推广过程中,续航里程、充电时间和使用安全性均主要受动力113彩票特性的制约。

   

动力113彩票的特性受环境温度的影响比较显著,尤其是在低温环境中,锂离子动力113彩票的能量和功率特性会出现严重衰减。

 

制约锂离子动力113彩票低温特性的关键因素是多方面的,主要包括低温下电解液离子电导率、负极颗粒表面SEI膜的低电导率、113彩票电化学反应速率,和负极石墨材料颗粒中的锂离子扩散系数降低等。

 

为提高动力113彩票低温性能,就需要对其进行加热。

 

从动力113彩票管理系统角度来讲,可根据车用需求,开发针对车用动力113彩票模块和动力113彩票包的新型低温加热技术,使动力113彩票在低温环境下,能够保持在正常工作温度范围内,满足正常充放电的要求,从而使整车达到最佳性能状态。

 

113彩票术按其热传导方式,主要可分为内部加热法外部加热法。


一、

内部加热方法是利用电流通过有一定电阻值的导体所产生的焦耳热来加热动力113彩票,导体为动力113彩票本身。

 

动力113彩票内部电解液在低温下黏度增加,阻碍了电荷载体的移动,导致动力113彩票内部阻抗增加,极端情况下电解液甚至会冻结。

 

利用动力113彩票在低温条件下阻抗增加的特性,可采用阻抗生热的方式来保持动力113彩票的工作温度。

 

根据电流的正负流向可具体分为充电加热法、放电加热法和交流激励加热法113彩票流的电源不同,可分为自损耗型加热和外部能源供给加热。

 

动力113彩票低温充电加热方法是利用低温下动力113彩票阻抗增加的特性,在充电过程中的产热使动力113彩票恢复常温。

 

充电加热方法中,为避免113彩票产生过压,须对动力113彩票电压进行严格限制,而限制又严重制约了加热的灵活性和加热效果。

 

放电加热法是利用动力113彩票放电过程中的内部阻抗产热实现动力113彩票的升温。

 

动力113彩票放电与空气对流综合加热系统,利用车载动力113彩票的放电电流,通过加热元件时所产生的热量加热元件周围空气,热空气通过风扇输送至动力113彩票组,对动力113彩票组进行加热和保温。

 

同时,动力113彩票自身的产热也会加快动力113彩票的温度上升速率。

 

加热元件的电阻越小,系统的加热速率越快,效率就越高。但放电加热方法随着放电时间的增加,113彩票能量的损耗就较大,且需要调节负载对113彩票放电电流进行控制,这对放电负载要求较高。

 

当动力113彩票SOC较低时,放电加热方法的使用有局限性。在单体动力113彩票内部埋设镍箔加热片,当检测到113彩票温度低于0℃时,就会引导电子穿过镍箔产生热量加热113彩票自身。


image.png

图1. 新型113彩票内部结构

 

放电加热方法通过113彩票放电产热和内部加热片综合升温,能在30s内将锂离子动力113彩票从-30℃加热到0℃以上,具有较好的温升效果和加热效率,但要对动力113彩票单体结构进行较大的改动,从而一定程度上减小了113彩票的能量密度。

 

采用交流激励加热法对18650型锂离子113彩票进行低温下内部加热,利用集总参数热模型仿真与实验验证相结合,得出在一定范围内,正弦交流电的幅值越高,频率越低,则动力113彩票的升温速度就越快。

 

当正弦交流电的幅值为7A( 2. 25C),频率为1Hz,而外部对流换热系数为15. 9 W·m-2·K-1时,动力113彩票可在15min内从-20℃升高到5℃,且动力113彩票内部温度分布均匀,验证了交流加热方法应用到锂离子动力113彩票的可行性。


2、

外部加热法依托车用热管理技术,通过在动力113彩票包或动力电池模块外部添加高温液体/气体、电加热板、相变材料,及利用珀尔贴效应等方式来实现热量由外向内的热传导。

 

循环高温气体加热是指以空气作为介质直接穿过动力电池模块,从113彩票动力电池组的目的。

 

循环高温气体加热一般采用强制空气对流的方式,即通过外加风扇等装置将热空气送入动力电池箱,与动力电池进行热交换。

 

热空气可由加热片产生,也可利用电机散发出来的热量和车内功率较大的电子电器加热装置获取。

 

对于混合动力汽车,可通过发动机提供加热空气的能量。这种方式要求尽可能增加空气与动力电池的热接触面积,具有成本低的优势。

 

但动力电池的封装、安装位置和热接触面积需要重点设计,来提高能量利用率和加热均匀性。利用热空气直接对电池箱进行加热的方式,对空气调节系统负荷较大,且经济性较差。

 

循环高温液体加热与循环高温气体加热方法类似,但因液体边界层薄,具有导热率高的优势,故在相同流速下,直接接触式液体的热传导速率远高于空气。

 

此外,在较为复杂的工况下,液体可更好地满足电动汽车动力电池的热管理要求。

 

目前主要的方式是采用液体与外界进行热交换,把热量送入电池组,可在模块间布置管线或围绕模块布置夹套,或把模块沉浸在液体中。

 

若液体与模块间采用传热管和夹套等,可采用水、乙二醇、油甚至制冷剂等作为传热介质。若动力电池模块沉浸在介质传热液中,必须采用绝缘措施防止短路。

 

传热介质和动力电池模块壁之间进行传热的速率,主要取决于液体的热导率、黏度、密度和流动速度。

 

目前液体加热方法对电池箱的密封和绝缘要求较高,这就增加了整个电池箱设计的复杂程度,在可靠性方面尚有许多问题需要解决。

 

动力电池表面布置加热板、加热膜类加热法加热是指在动力电池包顶部或底部或之间添加电加热板,加热时电加热板通电,加热板的一部分热量通过热传导方式直接传给电池。

 

采用加热板加热,加热时间较长,加热后动力电池组温度分布不均匀,出现温差较大。

 

相变材料(PCM)由于其巨大的蓄热能力被应用于动力电池组热管理系统。

 

相变冷却机理是靠相变材料的熔化潜热来工作,利用PCM作为动力电池热管理系统时,把电池组浸在PCM中,PCM吸收电池放出的热量,从而使温度迅速降低,热量以相变热的形式储存在PCM中。

image.png

图2. 变相材料填充法示意图

 

在低温环境下,PCM通过从液态转变为固态过程中释放存储的热量,可对动力电池进行加热和保温。

 

在相变过程中,PCM温度维持在相变温度,利用这个特性可有效解决动力电池在低温环境下温度过低的问题。

 

只是PCM的导热系数普遍较低,需要加入高导热材料如膨胀石墨、碳纳米管等增加其导热能力,导致使用成本增加。

 

珀尔贴效应是指电流流过两种不同导体的界面时,将从外界吸收热量,或向外界放出热量。

 

利用珀尔贴效应这种特殊性质,通过改变电流的方向,可实现加热和制冷两种功能。加热和制冷的强度可通过调节电流的大小达到精确控制的目的。


image.png

图3.  珀尔贴效应加热法示意图

 

目前珀尔贴效应在电子设备上已经有一定的应用,但在动力电池上的应用研究还较少。

 

利用珀尔贴效应进行动力电池热管理的效率相对较低,会增加电源的功耗。此外,基于珀尔贴效应的热管理系统,其加工制造工艺也比较复杂,设计和使用成本较高。

 

对于混合动力汽车,使用发动机冷却液对动力电池模块加热,使动力电池升温至正常工作温度,以实现启动和正常充放电。

 

该方法充分利用发动机热量,但其结构复杂,成本较高,存在加热缓慢和动力电池内外温差大的缺点。

 

利用电热丝加热密闭电池模块,空气或加热电池表面,从而实现电池温升。只是加热效率较低,且需较大空间,对车辆布局影响较大。

 

纯电动汽车可使用汽车空调对电池包进行热管理,当电池包温度低于一定阈值后,空调向电池包输送热风,该方法能量损失较大,且加热效率低,系统加热响应也较为缓慢,同时还存电池模块温度梯度较大的缺点。

 

113彩票法依靠外部加热源通过热传导来加热动力电池,比内部加热法安全。但它一般需要额外的组件,且有结构较为复杂、能耗较高、加热温度场分布不均匀和加热较慢的缺点。

 

存在缺点的主要原因在于,外部加热法采用的是电池外部热源,热量由电池外部传递到电池内部,需要一定的时间,且易形成温度梯度。

 

内部加热方法依靠电池自身阻抗产热,具有加热快速且发热均匀的优势。

 

放电和充电两种直流电加热方式对设备要求低,适用性好,具有速度快,效率高,温升均匀的优点。

 

但直流电加热方式在加热过程中,所产生的大电流和低温环境下的巨大内阻会使电池发生严重的副反应,且低温持续充电易导致锂离子电池负极石墨产生“锂沉积”,造成动力电池寿命衰减过快,严重时“锂沉积”结晶会刺穿隔膜产生热失控。

 

与直流电加热方式相比,交流加热方式由于其交流电特性,可有效降低对动力电池的副作用。

 

综上来看,从结构复杂度、加热速率、温升均匀性和使用安全性对上述电池的几种主要加热方法进行总结,如表1。

image.png

表1. 动力电池不同加热方法性能对比

 

总体来看,内部加热方法对锂离子动力电池的适用性和加热效果具有很好的可行性,但内部加热方法应用于电动汽车的研究尚处于初级阶段,使用安全性有待进一步的研究确认。 

 

通过对不同加热方法的对比可知,外部加热方法依靠外部加热源通过热传导来加热动力电池,其结构较为复杂,能耗较高,加热温度分布不均匀,加热速度较慢。

 

内部加热方法依靠动力电池自身阻抗产热,具有加热快速且发热均匀的优点。其中交流加热方法具有对动力电池能耗小、温度分布均匀、使用成本较低和加热效率较高的优势。


文章来源: 龙阙 电池联盟



【BMS小知识-电池管理系统BMS架构及功能知识介绍】

新能源车与传统汽车最大的区别是用电池作为动力驱动,所以动力电池是新能源车的核心。电动汽车的动力输出依靠电池,而电池管理系统BMS(BatteryManagementSystem)则是其中的核心,是对电池进行监控和管理的系统,通过对电压、电流、温度以及SOC等参数采集、计算,进而控制电池的充放电过程,实现对电池的保护,提升电池综合性能的管理系统,是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。

       国外公司BMS做的比较好的有联电、大陆、德尔福、AVL和FEV等等,现在基本上都是按照AUTOSAR架构以及ISO26262功能安全的要求来做,软件功能更多,可靠性和精度也较高。国内很多主机厂也都有自主开发的BMS产品并应用,前期在功能和性能上与国外一流公司相差甚远,但随着国内电池和BMS技术的快速发展差距正在逐步缩小,希望不久的将来能够实现成功追赶甚至超越。


BMS主要包括硬件、底层软件和应用层软件三部分。

image.png

硬件


1、架构


  BMS 硬件的拓扑结构分为集中式和分布式两种类型:


(1)集中式是将所有的电气部件集中到一块大的板子中,采样芯片通道利用最高且采样芯片与主芯片之间可以采用菊花链通讯,电路设计相对简单,产品成本大为降低,只是所有的采集线束都会连接到主板上,对BMS的安全性提出更大挑战,并且菊花链通讯稳定性方面也可能存在问题。比较合适电池包容量比较小、模组及电池包型式比较固定的场合。


(2)分布式包括主板和从板,可能一个电池模组配备一个从板,这样的设计缺点是如果电池模组的单体数量少于12个会造成采样通道浪费(一般采样芯片有12个通道),或者2-3个从板采集所有电池模组,这种结构一块从板中具有多个采样芯片,优点是通道利用率较高,节省成本,系统配置的灵活性,适应不同容量、不同规格型式的模组和电池包。


2、功能


硬件的设计和具体选型要结合整车及电池系统的功能需求,通用的功能主要包括采集功能(如电压、电流、温度采集)、充电口检测(CC和CC2)和充电唤醒(CP和A+)、继电器控制及状态诊断、绝缘检测、高压互锁、碰撞检测、CAN通讯及数据存储等要求。

(1)主控制器

处理从控制器和高压控制器上报的信息,同时根据上报信息判断和控制动力电池运行状态,实现BMS相关控制策略,并作出相应故障诊断及处理。

(2)高压控制器

实时采集并上报动力电池总电压、电流信息,通过其硬件电路实现按时积分,为主板计算荷电状态(State of Charge,SOC)、健康状态(State of Health,SOH)提供准确数据,同时可实现预充电检测和绝缘检测功能。

(3)从控制器

实时采集并上报动力电池单体电压、温度信息,反馈每一串电芯的SOH和SOC,同时具备被动均衡功能,有效保证了动力使用过程中电芯的一致性。

(4)采样控制线束

为动力电池各种信息采集和控制器间信息交互提供硬件支持,同时在每一根电压采样线上增加冗余保险功能,有效避免因线束或管理系统导致的电池外短路。


3、通讯方式


采样芯片和主芯片之间信息的传递有CAN通讯和菊花链通讯两种方式,其中CAN通讯最为稳定,但由于需要考虑电源芯片,隔离电路等成本较高,菊花链通讯实际上是SPI通讯,成本很低,稳定性方面相对较差,但是随着对成本控制压力越来越大,很多厂家都在向菊花链的方式转变,一般会采用2条甚至更多菊花链来增强通讯稳定性。


4、结构


BMS硬件包括电源IC、CPU、采样IC、高驱IC、其他IC部件、隔离变压器、RTC、EEPROM和CAN模块等。其中CPU是核心部件,一般用的是英飞凌的TC系列,不同型号功能有所差异,对于AUTOSAR架构的配置也不同。采样IC厂家主要有凌特、美信、德州仪器等,包括采集单体电压、模组温度以及外围配置均衡电路等。

image.png

底层软件


按照AUTOSAR架构划分成许多通用功能模块,减少对硬件的依赖,可以实现对不同硬件的配置,而应用层软件变化较小。应用层和底层需要确定好RTE接口,并且从灵活性方面考虑DEM(故障诊断事件管理)、DCM(故障诊断通信管理)、FIM(功能信息管理)和CAN通讯预留接口,由应用层进行配置。

image.png

应用层软件


软件架构主要包括高低压管理、充电管理、状态估算,均衡控制和故障管理等等。


1、高低压管理


一般正常上电时,会由VCU通过硬线或CAN信号的12V来唤醒BMS,待BMS完成自检及进入待机后VCU发送上高压指令,BMS控制闭合继电器完成上高压。下电时VCU发送下高压指令后再断开唤醒12V。下电状态插枪充电时可通过CP或A+信号唤醒。


2、充电管理


(1)慢充


慢充是由交流充电桩(或220V电源)通过车载充电机将交流转化为直流给电池充电,充电桩规格一般有16A、32A和64A,也可通过家用电源进行充电。可通过CC或CP信号唤醒BMS,但应保证充电结束后能正常休眠。交流充电流程比较简单,按照国标详细规定开发即可。


(2)快充


快充是由直流充电桩输出直流给电池充电,可实现1C甚至更高倍率充电,一般45min可充进80%电量。通过充电桩的辅助电源A+信号唤醒,国标中快充流程比较复杂,同时存在2011和2015两个版本,而且充电桩生产厂家对于国标流程未明确的技术细节理解不同也给车辆充电适配性造成极大的挑战,因此快充适配性是衡量BMS产品性能的一项关键指标。


3、估算功能


(1)SOP(StateOfPower)主要是通过温度和SOC查表得到当前电池的可用充放电功率,VCU根据发送的功率值决定当前整车如何使用。需要兼顾考虑释放电池能力和对电池性能进行保护,比如在达到截止电压前进行部分功率限制,当然这会对整车驾驶感受产生一定影响。


(2)SOH(StateOfHealth)主要表征当前电池的健康状态,为0-100%之间数值,一般认为低于80%以后电池便不可再用。可以用电池容量或内阻变化来表示,用容量时即通过电池运行过程数据估算出当前电池的实际容量,与额定容量的比值即为SOH。准确的SOH会提高电池衰减时其他模块的估算精度。


(3)SOC(StateOfCharge)属于BMS核心控制算法,表征当前的剩余容量状态,主要通过安时积分法和EKF(扩展卡尔曼滤波)算法,并结合修正策略(如开路电压修正,充满修正,充电末端修正,不同温度及SOH下的容量修正等)。安时积分法在保证电流采集精度条件下比较可靠,但鲁棒性不强,由于存在误差累计必须结合修正策略,而EKF鲁棒性较强,但算法比较复杂,实现难度大。国内主流厂家一般常温可以做到精度6%以内,在高低温和电池衰减时的估算是难点。


(4)SOE(StateOfEnergy)算法国内厂家现在开发的不多,或采用较为简单的算法,查表得到当前状态下剩余能量与最大可用能量的比值。该功能主要用于剩余续航里程估算。


4、故障诊断


针对电池的不同表现情况,区分为不同的故障等级,并且在不同故障等级情况下BMS和VCU都会采取不同的处理措施,警告,限功率或直接切断高压。故障包括数据采集及合理性故障、电气故障(传感器和执行器)、通讯故障及电池状态故障等。


5、均衡控制


均衡功能是为了消除在电池使用过程中产生的电池单体不一致性,根据木桶短板效应,充电和放电时都是性能最差的单体先达到截止条件,其他的单体还有一部分能力并未释放出来,造成电池浪费。


均衡包括主动均衡和被动均衡,主动均衡是能量从多的单体向少的单体转移,不会造成能量损失,但是结构复杂,成本较高,对于电器元件要求也较高,相对来说被动均衡结构简单,成本也低了很多,只是能量会以热量的形式散发浪费掉,一般最大均衡电流在100mA左右,现在国内很多厂家采用被动均衡也都能实现较好的均衡效果。


结语

   BMS控制方法作为动力电池中心控制思想,直接影响动力电池的使用寿命及电动汽车的安全运行与整车性能。对续航具有重大的影响,决定着新能源汽车的未来,做好电池管理系统,将极大的促进新能源汽车的发展。


来源:电动知家 电动知家


【BMS的核心技术】

image.png

image.png


image.png

image.png

image.png


来源: 资源来自第一电动



【BMS电路板制程清洗必要性】


随着新能源汽车的高速发展,BMS系统也在国内外的行业产业中得到迅速成长。与汽车的ECU系统有相近之处,除了满足配合整车部件可靠运行的技术指标外,BMS系统有它特殊的功能特性,特别是在安全保障方面尤为重要。

从电子组件制程来说,BMS系统看似不复杂,从设计、板件的大小,器件品类以及器件的密度,焊点的间距等等技术指标来说,BMS板件都不属于高工艺技术要求的范畴,往往会被作业人员误识为比较简单,同时保障性比较能到得到实现的组件。恰恰相反,看似简单以及功能性不强或者是器件给人感觉并不高端的组件错觉,让许多从业人员未对BMS系统工艺制程清洗有了模糊的概念或者不清晰的认识。甚至认为用免洗材料,包括免洗助焊剂、免洗锡膏,焊接完之后免除清洗制程,从而保障BMS系统的功能可靠性和安全性,这是一种错误的认识和认知。

从案例分析来看,许多车子因为BMS系统里面管理几千枚18650电池形成的电池组,会发生常规或非常规安全可靠性问题,甚至产生自燃和爆炸的风险。

因为BMS系统长期处在工况环境差、温度高、电流大,安全技术要求高等等状况下,系统的安全可靠性成为整车安全的重要要点之一。

BMS系统的制程工艺清洗,可大大地提高组件产品的安全可靠性,免除因为工况条件差、湿度、温度高造成的电化学腐蚀和电迁移所形成缺陷造成不必要的风险。制作厂商可根据自己BMS系统产量的大小,可选择通过式清洗工艺和批量式清洗工艺,一般来说,规模大、产量大、产量稳定性好,可采取通过式连续喷淋清洗机进行清洗工艺安排,实现清洗、漂洗、干燥的连续制程工序。

如果产量不稳定或者批量不足够,大可采取批量分段式的方式作为工艺安排,常规推荐2清洗2漂洗的工艺排布,就能够很好的实现组件清洗工艺制程而得到可靠的保障。

无论哪一种工艺排布方式,都以最终清洗板面残留物,去除助焊剂、锡膏残留物以及在制程过程中的其他污染物的残留影响,真正达到组件表面的干净,以离子污染度作为指标,衡量板面干净度,这才是真正能达到可靠性保障的技术指标。

当然,对于BMS系统的PCBA线路板,除了清洗干净度残留物之外,还需清洗完以后进行敷形涂覆(三防漆涂覆)保持清洗干净度的状态,以保证长期稳定的工作工况。

简单归纳:在BMS组件制程中,无论使用何种的助焊剂和锡膏,都必须进行焊接完成以后,彻底清洗助焊剂和锡膏的残留物,才真正保障组件的安全可靠性,免除腐蚀和电化学迁移带来的后期不良影响,避免安全风险的产生。



以上一文,仅供参考!


欢迎来电咨询合明科技BMS新能源汽车电池管理系统电路板制程工艺水基清洗解决方案、储能BMS电路板水基清洗剂、PCBA焊后助焊剂清洗剂、组件和基板除助焊剂中性水基清洗剂、功率电子除助焊剂水基清洗剂、功率模块/DCB、引线框架和分立器件除助焊剂水基清洗剂、封装及晶圆清洗水基清洗剂、倒装芯片水基清洗、SIP和CMOS芯片封装焊后清洗剂、SMT钢网、丝网和误印板清洗除锡膏、银浆、红胶,SMT印刷机网板底部擦拭水基清洗剂、焊接夹治具、回流焊冷凝器、过滤网、工具清洗除被焙烤后助焊剂和重油污垢清洗剂,电子组件制程水基清洗全工艺解决方案。

【阅读提示】

以上为合明科技在工业清洗方面的经验的累积,我们是国内自主掌握核心水基清洗技术的先创品牌,在水基清洗、环保清洗方面有着丰富的经验,也成为了IPC清洗标准主席单位。但是因为工业清洗问题内容广泛,没办法面面俱到,本文只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,力争能为客户提供全方位的工业清洗解决方案。

 

【免责声明】

1. 以上文章内容仅供读者参阅,具体操作应咨询技术工程师等;

2. 内容为作者个人观点, 并不代表本网站赞同其观点和对其真实性负责,本网站只提供参考并不构成投资及应用建议。本网站上部分文章为转载,并不用于商业目的,如有涉及侵权等,请及时告知我们,我们会尽快处理。

3. 除了“转载”之文章,本网站所刊原创内容之著作权属于合明科技网站所有,未经本站之同意或授权,任何人不得以任何形式重制、转载、散布、引用、变更、播送或出版该内容之全部或局部,亦不得有其他任何违反本站著作权之行为。“转载”的文章若要转载,请先取得原文出处和作者的同意授权。

4. 本网站拥有对此声明的最终解释权。

上门试样申请 0755-26415802 top