新能源汽車動力電池BMS三大核心功能分析 乾貨

BMS電動汽車電池管理系統是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶。BMS實時採集、處理、存儲電池組運行過程中的重要信息,與外部設備如整車控制器交換信息,解決鋰電池系統中安全性、可用性、易用性、使用壽命等關鍵問題,主要作用是為了能夠提高電池的利用率,防止電池出現過度充電和過度放電,延長電池的使用壽命,監控電池的狀態。通俗的講,就是一套管理、控制、使用電池組的系統。

新能源汽車動力電池BMS三大核心功能分析 乾貨

BMS最核心的三大功能為電芯監控、荷電狀態(SOC)估算以及單體電池均衡。

電芯監控技術

1、單體電池電壓採集;2、單體電池溫度採集;3、電池組電流檢測;

溫度的準確測量對於電池組工作狀態也相當重要,包括單個電池的溫度測量和電池組散熱液體溫度監測。這需要合理設置好溫度傳感器的位置和使用個數,與BMS控制模塊形成良好的配合。電池組散熱液體溫度的監控重點在於入口和出口出的流體溫度,其監測精度的選擇與單體電池類似。

SOC技術

單電芯SOC計算是BMS中的重點和難點,SOC是BMS中最重要的參數,因為其它一切都是以SOC為基礎的,所以它的精度和魯棒性(也叫糾錯能力)極其重要。如果沒有精確的SOC,再多的保護功能也無法使BMS正常工作,因為電池會經常處於被保護狀態,更無法延長電池的壽命。SOC的估算精度精度越高,對於相同容量的電池,可以使電動車有更高的續航里程。高精度的SOC估算可以使電池組發揮最大的效能。

目前最常採用的計算方法有安時積分法和開路電壓標定法,通過建立電池模型和大量的數據採集,將實際數據與計算數據進行比較,這也是各家的技術秘籍,需要長時間大量數據積累,同時也是特斯拉技術含量最高的部分。特斯拉已經在電池冷卻、安全、電荷平衡等與BMS相關的領域申請核心專利超過上百項。

均衡技術

被動均衡一般採用電阻放熱的方式將高容量電池“多出的電量”進行釋放,從而達到均衡的目的,電路簡單可靠,成本較低,但是電池效率也較低。

主動均衡充電時將多餘電量轉移至高容量電芯,放電時將多餘電量轉移至低容量電芯,可提高使用效率,但是成本更高,電路複雜,可靠性低。未來隨著電芯的一致性的提高,對被動均衡的需求可能會降低。

圖:主動均衡和被動均衡技術對比

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幾乎所有主流車用BMS廠家都有被動均衡技術,其中絕大部分都有主動均衡技術儲備。被動均衡的BMS裝機量較大,佔據新能源汽車市場較高的份額,遠遠高於主動均衡BMS的市場份額,其根本原因在於成本因素,主動均衡更多是一個“選配”功能。

考慮到中國市場的消費習慣,當前國產新能源汽車主打的是中低端品牌,為了嚴格控制成本,主機廠的零部件需求是以“滿足基本功能,成本較低”為準則,主動均衡技術的成本比被動均衡高出不少,在被動均衡滿足基本功能的情況下,主機廠更願意選擇被動均衡的BMS。

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安全技術

電池管理系統設計應該根據電池電壓、溫度和所使用的環境,來制定電池充放電功率,將信息反饋給整車,讓電池用在比較舒適綠色區域裡。電池是電化學載體,在充電的時候會發生各種反應,在外界有諸多不安全因素的情況下,如何保障電池系統的安全,是電池管理技術的核心問題。

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