揭祕|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

在展望新能源汽車快速發展的同時,我們必須清楚地認識到,技術的發展才是行業發展的基礎,而穩定、高效、安全、可靠的產品就是技術的體現。

電池管理系統BMS的功能作用

1、準確估測動力電池組的荷電狀態

準確估測動力電池組的荷電狀態(StateofCharge,即SOC),即電池剩餘電量,保證SOC維持在合理的範圍內,防止由於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餘多少能量或者儲能電池的荷電狀態。

2、動態監測動力電池組的工作狀態

在電池充放電過程中,實時採集動力電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓,防止電池發生過充電或過放電現象。

同時能夠及時給出電池狀況,挑選出有問題的電池,保持整組電池運行的可靠性和高效性,使剩餘電量估計模型的實現成為可能。除此以外,還要建立每塊電池的使用歷史檔案,為進一步優化和開發新型電、充電器、電動機等提供資料,為離線分析系統故障提供依據。

3、單體電池間的均衡

即為單體電池均衡充電,使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態。均衡技術是目前世界正在致力研究與開發的一項電池能量管理系統的關鍵技術。

解密比亞迪電池管理系統

首先我們來談談唐和秦的電池,型號應該是一樣的,只是秦的電池組電芯數量比較少,容量13度,唐的比較多,18度。單個的電芯都是比亞迪自己製造的磷酸鐵鋰電池,額定電壓3.2V,容量26AH。為什麼不是最近比較火的三元鋰電池呢?原因如下圖:

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

磷酸鐵鋰電池擁有更好的壽命、安全性,更適合插電式混動車的用車情況。

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

電池單體大概是這個樣子的,但是這個應該是大巴上的,因為電儲量高達120AH,咱們的只有26AH,不過大致上是一樣的,都是長方體。

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

唐的電池組位於底盤中部,體積和重量都比較大。放在底盤的好處是降低了整車重心,同時不影響後備箱空間。缺點嘛,對放水和防磕碰要求比較高,日常使用要注意這塊不要浸水,不要磕碰。

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

這是秦的電池組,位於後座以後,後備箱之前。優點:放水防磕碰性能都很好,缺點:重心比較高,影響後備箱空間,和唐正好是相對的~

連接方式為串聯(全部電芯串聯),串聯的電池如下圖,形象一點說,就是類似於我們以前用過的手電筒,幾個電池頭尾相接。

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

這種連接方式,每個電芯放電的時候使用同樣的電流對外放電,充電的時候同樣的電流充電,在不借助均衡系統的情況下,無法對單個電芯進行充放電。而且,當一個電芯充滿時,就要停止對整個電池組的充電,不然這個電芯會過充損壞,而一個電芯放空的時候,整個電池組就要停止放電,不然這個電芯會過放損壞。

還記得手電筒有什麼要求麼?對了,新舊電池不能混用,也就是說有電和沒電的電池不能混用。回到唐和秦的電池組,上邊是個示意圖,選取了幾個電芯。正常情況下,他們的存電量應該是完全一樣的,一起充滿,一起放空,如果一直這樣循環,那麼就不會產生文章之初的各種問題了。

事實上,電池組使用一段時間以後,就會出現各個電芯存電量出現差異的情況,產生差異的原因有很多,比如電池本身容量就不一致,或者內阻不一致,工作溫度不一致等,都會導致放電容量出現差異。當各個電芯存電量不一致,就會出現下圖的情況:

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

表面上看,只是有一個電芯損失了一點電量,一共有那麼多電芯,應該不會有什麼影響吧?我們繼續往下看,這個電池組放電的時候,會發生什麼:

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

整個電池組釋放了80%的電量,而這時候,原本不滿的電池已經空了,這時候電池組就要停止放電。如果這個電池組的存電量是10度,那麼在充滿的情況下,這個不均衡的電池組放電80%也就是8度就已經無法放電了,表面上看只有5%的電量缺失,卻導致20%的容量無法使用。這還是隻有4個電芯比較的情況下,如果是200多個,可想而知影響有多大。

那麼一旦產生了不均衡,怎麼辦呢?這就要用到電池管理系統的均衡模塊。唐和秦的均衡模塊採用的是被動均衡方式,也就是說,通過旁路電阻給電壓較高的電芯放電,使其達到和其他電芯相同的電壓。也就是這樣:

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

每個電芯都有一個由電池管理系統單獨控制的電阻,當需要的時候,接通這個電阻的電路,給電芯放電。通過經過一定的時間,這個不均衡的電池組就變成了這樣:

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

電芯電容量一致了,再充電就可以都充滿,放電都放空,一切恢復正常,容量回來了,續航也回來了!聽起來很美,是吧?那為什麼很多車就是達不到這個效果呢?

首先,這個放電的過程非常緩慢!充電過程的話電流可以達到10A以上(10000ma),而這個放電呢?據瞭解,這個放電電阻允許的最大電流是30ma~在均衡系統一直處於最佳均衡狀態的情況下,均衡一度電的差異,也需要100小時左右!

其次,均衡系統不是一直工作在最佳狀態下的。要有一個好的工作狀態,系統需要知道哪個電芯是需要被放電的,需要放多少電。而這個過程不是任意電量都可以完成的。

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

這是一個磷酸鐵鋰電池放電的曲線圖。可以看到,在15%電量以上的時候,電壓的差異是非常小的。這時候要找到哪個電芯需要放電,放多少,是非常困難甚至不可能的。所以,要讓均衡系統處於高效工作狀態,就需要實時的把電池用到15%以下。

然後充滿電,讓車進入均衡狀態,這時候的均衡效率是最高的,除非用車,不然建議等到均衡結束(也就是說儀表盤完全熄滅)。在電池組不均衡的情況下,一次均衡大概需要20小時左右,大家可以按照自己的電池組缺少電量來計算需要多少個循環。

這也就引申出了另一個問題:在均衡結束以後,略微用一點電,然後充滿,車輛會再次進入均衡狀態,這個時間,應不應該計入有效均衡?根據樓主的經驗,這個均衡幾乎是無效的。

因為唐和秦的電池組不均衡,絕大多數是某一兩個電芯電壓過低,需要對另外的大量電芯進行放電。而在低電量時,可以正確的標記剩餘電芯,高電量下,系統只會標記充滿時電壓最高的一個電芯,是一個,可想而知效率是怎麼樣的了,幾乎可以忽略不計。

下面講一下,什麼樣的電池是沒問題的,什麼樣的是有問題的。這裡,借用了14款秦的DCT軟件電池監控模塊來展示數據。唐不支持這個,但是電池組的原理是一樣的。

很多人去檢查電池的時候,發現自己最低電壓電芯只有2.6-2.8V,感覺這個電芯有問題,進而要求4S店更換,4S套用廠家的表格,給出正常的答覆,客戶就會感覺廠家在敷衍。其實,單個電芯電壓較低是正常的。

最理想的狀況是5%電量是所有電壓電芯均低於3V,這樣電池組所有的電量都被釋放,當然,這樣的電池組幾乎是不存在的,它要求所有電芯的一致性非常非常好。一般來說,判斷電池組狀況較好的依據是在5%的情況下,最低電芯電壓低於3V,而最高電壓電芯電壓低於3.15V(放電到5%的瞬間電壓即可,存放一會兒以後電壓會回升,不比等回升)。

更換電池廠家有自己的標準,如果滿足更換的條件,可以選擇更換,但是樓主更建議先使用正確的均衡方法均衡100小時,如果效果不明顯再換。因為更換完的電芯和原來已經有所衰減的電芯是很難匹配一致的。下面是樓主的車均衡情況的完全記錄:

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

揭秘|解碼比亞迪的動力電池管理系統(BMS)

車在均衡前,電錶顯示充入8.5度,純電里程黃金右腳勉強55KM,有三組電池有問題,去過4S店,檢測表示可以更換,但是樓主沒有換,而是堅持均衡。可見,隨著時間的不斷累計,車最高電壓電芯的電壓一直穩步下降,240小時的均衡時間從3.247V降低到3.111V。

存電量從電錶8.5度提升到電錶11.5度,電池組的電量得到了有效的恢復。(額,你說為什麼不是13度,是11.5,14款秦11.5度已經是很好的成績了,幾乎沒有14款秦車主電錶可以超過12度,別問為什麼,我的車提車電池組標記就是12度,用了兩年了,有些自然衰減)而在最近一次的測試中,最高電壓電芯的電壓已經低於3.1V,均衡狀況非常好。

根據樓主和e車會夏哥的經驗,唐和秦的電池均衡邏輯大概是這樣的:

首先,系統會在電量較低(對於15%)和較高(充滿斷電的時候)標記需要放電的電池和需要放電的時間,而這兩種標記方式,明顯在電量較低時的標記更有效,效率高得多。

然後,在合適的時候---目前知道的有車通電的時候和充滿電以後(儀表盤轉入有背光顯示紅插頭,但是未熄滅背光的時候)通過電池管理系統對需要放電的電芯進行放電。等達到標記的時間後,斷開均衡系統,本次均衡結束。到下次條件成熟再次標記,再次放電均衡,如此循環。而這個均衡過程分為組內均衡和組間均衡,即每個電池組內部均衡電壓,不同電池組之間也要均衡。這個過程目前沒有搞明白具體的邏輯,但是對於用戶來說,只要知道整體的均衡邏輯即可。


分享到:


相關文章: