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        揭秘電池的大腦BMS電池管理系統
        2018-12-10 15:55:28 瀏覽次數:1275

        眾所周知,純電動汽車的動力輸出依靠電池,而電池管理系統BMS則是其中的核心,負責控制電池的充電和放電以及實現電池狀態估算等功能。如果說,把一臺電動車比作人體的話,那么電池系統就是他的心臟,而BMS電池管理系統就是支配其身體運作的大腦。

        為什么要有BMS?

        既然叫做電池管理系統,BMS的主要工作就是處理和車載電池有關的任務。盡管當前的電池制造工藝已經讓各個電芯之間的差異化縮小,但是單節鋰電池之間仍然存在者內阻、容量、電壓等差異,所以在實際應用中,電池組內部各單體電池容易出現散熱不均或過度充放電等現象。時間一長,這些處于不良工作狀態下的電池就很可能提前損壞,電池組的整體壽命也就大大縮短。

        不僅如此,電池處于嚴重過充電狀態下還存在爆炸的危險,造成電池組損壞的同時還對使用者的人生安全造成威脅。因此,必須為電動汽車上的動力電池組配備一套具有針對性的電池管理系統(BatteryManagementSystem,BMS),從而對電池組進行有效的監控、保護、能量均衡和故障警報,進而提高整個動力電池組的工作效率和使用壽命。

        BMS的主要作用是什么?

        一臺電動車有上百塊電芯,BMS是如何管理的?如果我們見到過,電池包的剖析圖我們會看到內部具有上百塊的電芯,如何管理這些密密麻麻的電芯系統呢?BMS系統的主要工作分成兩大任務——對電池的檢測和保證電池安全。

        其中電池檢測實現相對簡單一些,主要是通過傳感器收集電池在使用過程中的參數信息比如:溫度、每一個電池單體的電壓、電流,電池組的電壓、電流等。這些數據在之后的電池組管理中起到至關重要的作用,可以說如果沒有這些電池狀態的數據作為支撐,電池的系統管理就無從談起。

        如果我們把對電池的檢測流程,看成對電池“體檢”的話,那么這種“體檢”是在線的、持續的、不間斷的。過程中當發現數據異常時,可及時查詢對應電池狀況,并挑選出有問題的電池,從而保持整組電池運行的可靠性和高效性。當電池的“體檢”結束之后,會進入分析、診斷、計算的階段,之后生成“體檢報告”,這個過程可以理解為電池的狀態評估。

        什么是SOC?

        如果你開過電動車,那么肯定會在儀表盤上見到SOC的標識,這又是什么意思呢?SOC即StateofCharge,是電池組的荷電狀態簡稱,我們更習慣叫它電池剩余電量。SOC是判斷電池過充及過放等一系列故障的基礎,精確的估算SOC,可防止電池過充和過放,延長電池的使用壽命,從而提高電池的利用率。

        其實,除了SOC估算,還有SOH(StateofHealth),SOP(StateofPower),用戶可通過車上儀表顯示,看到這些數據,從而確認電池的工作、功能狀態。據此,在保護電池的基礎上,將潛力發揮最大化,大大提升駕乘體驗。

        對于續航來說,SOC的精度很重要

        SOC的算法一直是電池管理系統(BMS)開發應用的關鍵技術之一,它計算的準確與否直接影響到了,表顯續航與實際續航的差值,如果計算不夠精確的話,甚至會導致電池用盡車輛拋錨的情況出現。

        關于電池狀態的估算,需要經過一系列復雜的計算。即準確估計電池剩余電量,保證SOC維持在合理的范圍內,防止由于過充電或過放電對電池的損傷,從而隨時預報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態。SOC的估算精度高,對于相同量的電池,可以有更高的續航里程。所以,高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的電池成本。

        如今,國內電池的生產企業已經掌握了精確的核心算法,通過基于電池參數的估算方法,有效消除累積誤差的影響,估算更精確。NCM估算(NCM即鋰電池正極材料的縮寫,即鎳鈷錳三元材料)精確度在3%,LFP(另一種鋰離子電池的正極材料,稱為鋰鐵磷)在5%左右。從數據方面看,國內的電池企業的技術標準已經達到國際領先水平。

        電池與人員安全的守護神

        BMS還有另一大核心功能,就是為電池組和人員提供安全保障。

        眾所周知,電池過充、過放會帶來局部過熱,影響電池壽命不說,嚴重時會威脅到電池組的安全,進而引發人身安全隱患。這時,BMS的“充放電管理”模塊就開啟了保護職能,一方面與整車、充電機實現通訊,另一方面實時提供電池狀態,便于及時發出指令控制,有效防止高充、低放的發生。

        在保護電池的模塊,均衡也是很重要的一環,是保護并提升電池壽命的必要手段。另外,電池的保護還包括過壓、欠壓、過溫、過流等的保護。簡單來說,當實際參數高于或低于某約定值時,系統將自動做出判斷,并采取斷開、預充等方式保護電池安全。

        在人身安全方面,BMS通過高壓控制的手段來保護。電池高壓可達300-500V,遠超人體安全電壓36V,風險隱患極大,必須做好高壓控制,最常見的就是繼電器、高壓互鎖、絕緣防護。周全的高壓防護控制,可有效保護司機、乘客和維護人員的人身安全。

        如何理解電池的安全等級

        國內的很多電池企業采用的是國際通用的ISO26262評估標準。而ISO26262標準又根據安全風險程度,劃分由A到D的安全需求等級(AutomotiveSafetyIntegrityLevel,ASIL),其中D級為最高等級,需要最苛刻的安全需求。等級越高,對系統的安全性要求越高,為實現安全付出的代價越高,意味著硬件的診斷覆蓋率越高,開發流程越嚴格,相應的開發成本增加、開發周期延長,技術要求越嚴格。

        ASILD等級,失效率為10^-8/h,意味著1輛車假定每天運行4小時,需要運行7萬年才出現1次由BMS導致的功能性故障。而如此低概率的失效率,可媲美飛機運行時的要求。通常來說,汽車行業對零部件的要求是B或C等級。

        目前國內的很多電池企業早已走出國門,為更多國際品牌提供產品和技術支持。這說明,國內的電池與BMS技術并不落后于日本和歐美,甚至在一些領域達到了世界先進水平。



         

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