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电池管理系统的功能介绍

已有 356 次阅读2019-5-28 16:24

　　电池管理系统BMS的作用及特点

　　随着新能源概念的普及推广，新能源汽车也逐步走入了千家万户，新能源汽车作为寻常百姓的新购车选择已经开始侵占着原本属于传统燃油汽车的市场，作为目前新能源汽车最大的市场，中国的企业依靠着新能源汽车首次与国外企业站在同一起跑线，不断涌现的新技术新工艺，让中国的新能源汽车行业有了更充足的底气去放眼世界，心系未来。

　　提到传统燃油汽车的核心关键自然离不开俗称的“三大件”：发动机、底盘以及变速箱，在这“三大件”上，中国技术落后以德日美为首的国外汽车厂商已是共识。而在新能源电动汽车上也有俗称的“三大件”：电池、电机和电控，由于新能源电动汽车在全球范围内仍是较新的行业，各国企业的起步相差并不大，这也让我国企业在汽车这个1886年发明至今的多用途动力驱动工具上拥有了与国外企业一较高下的条件。本文重点给大家介绍新能源电动汽车“三大件”里的电控（业内普遍称之为电池管理系统BMS）。

　　新能源电动汽车与传统燃油汽车最大的区别是用动力电池作为动力驱动，而作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带，电池管理系统BMS的重要性不言而喻，国内外许多新能源车企都将电池管理系统作为企业最核心的技术来看待，最著名的例子就是大家耳熟能详的特斯拉，特斯拉的电动汽车“三大件”中，电池来自于松下，电机来自于台湾供应商，而只有电池管理系统是特斯拉自主研发的核心技术，2008年-2015年期间特斯拉所申请的核心知识产权大都与电池管理系统相关，由此可见电池管理系统对于新能源汽车的重要性。而国内，电池管理系统BMS的研发生产主要集中在这三类企业：

　　1、新能源汽车厂商，代表企业：比亚迪

　　2、电池PACK厂商，代表企业：沃特玛、普莱德

　　3、专业BMS厂商，代表企业：惠州亿能、深圳国新动力

　　电池管理系统的功能介绍

　　电池管理系统BMS到底有什么作用？

　　电池管理系统BMS是一个本世纪才诞生的新产品，因为电化学反应的难以控制和材料在这个过程中性能变化的难以捉摸，所以才需要这么一个管家来时刻监督调整限制电池组的行为，以保障使用安全，其主要功能为：

　　1、准确估测动力电池组的荷电状态

　　准确估测动力电池组的荷电状态（State of Charge，即SOC），即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。

　　2、动态监测动力电池组的工作状态

　　在电池充放电过程中，实时采集动力电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发新型电、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供依据。

　　3、单体电池间的均衡

　　即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。

　　目前市场上技术先进的BMS应该有什么特点？

　　技术先进、产品稳定可靠将是未来BMS产品的核心特点，那什么样的产品才是技术先进、稳定可靠的产品呢？因为国内各大企业BMS标准仍未统一，故此以深圳国新动力的BMS性能特点为例，从技术、功能、品质、标准规范四个维度说明。

　　先进的技术：

　　1.企业掌握电池SOC核心算法；

　　2.掌握健康状态估算，最大允许瞬时（5s/30s）及持续充放电功率估算；

　　3.掌握高效的均衡管理技术，先进的散热机制，最大可支持200mA的被动均衡电流；

　　4.掌握业内领先的高精度测量技术，总流总压精度可达0.5%FSR；

　　5.可选配多功能数据记录仪，支持无线传输、大容量存储、GPS等云平台功能；

　　6.可选配主动均衡模块，最大均衡电流可达5A，单板24串可灵活选配；

　　安全的功能：

　　1.电池安全管理：具备可靠的过充/过放保护、过流/过温/低温保护、多级故障诊断保护；

　　2.高压安全管理：具备高压继电器粘连检测、高抗干扰性的高压互锁检测、先进的高压绝缘监测；

　　3.具备电压温度采集线断线诊断功能；

　　4.电池电压采集模块具备回路过流、短路保护等安全机制，电路更可靠；

　　5.具备5~36串、5~48串一体机灵活配置，适用于业内各类主流方案；

　　稳定的品质：

　　1.所有元器件均采用汽车级元器件选型，-40℃~85℃的高标准工作温度范围；

　　2.更宽更可靠的温度监控，监控范围可达-40~125℃；

　　符合标准规范：

　　1.支持充电国标GBT 20234-2015及GBT 27930-2015；

　　2.支持ISO26262国际安全标准中产品功能安全生命周期管理的要求；

　　3.支持CCP标定协议、UDS、OBD-ii诊断协议。

　　国内电池管理系统BMS的困境

　　新能源汽车的发展并不是一帆风顺的，过去这两年，随着新能源汽车的大量推广使用，我们也听到了不少关于新能源汽车的“丑闻”：自燃、虚假续航里程等，而为什么会出现这些使用问题呢？没有使用电池管理系统或使用劣质的不成熟的电池管理系统是主因。实际上，新能源汽车的安全性问题，一直是政府和汽车产业的重点工作之一。不久前，科技部、财政部、工信部和发改委等四部委，已经联合发布了新能源汽车示范推广“安全令”（即《关于加强节能与新能源汽车示范推广安全管理工作的函》），强调“对投入示范运行的插电式混合动力汽车、纯电动汽车要全部安装车辆运行技术状态实时监控系统（简称BMS），特别是要加强对动力电池和燃料电池工作状态的监控”。

　　电动汽车自燃原因多种多样，并非安装了电池管理系统就可以高枕无忧的，例如：在安全、精度、寿命、放电能力等方面，单体电池可以充放电2000次，成电池组后可能只有1000次，若搭载不成熟的BMS，无法实时精准地监控电池充放电状况，极易造成电池芯局部功耗过大，产生局部热量，且信息无法传递至驾驶员，极易导致电池自燃发生。业内人士认为，安装优秀的电池管理学BMS能够有效提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，并且延长电池的使用寿命，监控电池组及各电池单芯的运行状态，有效预防电池组自燃，如遇紧急情况提前对司机作出突发事件预警，为保障安全赢得时间。

　　新能源汽车和电池管理系统的未来

　　中国新能源汽车产业始于21世纪初，迄今发展不过十数年，由于人们对于环保和可再生能源的渴求，新能源汽车才迎来了发展机遇，之后便一发不可收拾，在很长的一段未来里，新能源汽车都会作为一个挑战者去侵占原本属于传统燃油汽车的广大市场，而且由于社会发展的需要，这种市场份额的侵占，是可以预期的。

　　在展望新能源汽车快速发展的同时，我们必须清楚地认识到，技术的发展才是行业发展的基础，而稳定、高效、安全、可靠的产品就是技术的体现，我们必须要知道，国内目前的新能源汽车行业并不友善，频发的电动车自燃事件和虚假续航里程，都暴露出国内目前新能源电池组、电池管理系统的设计、检测、生产的标准的不完善。

　　目前国内的BMS企业有上百家，而欧美发达国家却只有数家，大型新能源汽车厂商要么选择自家研发的电池管理系统要么采用具备国际竞争力的德日美为首的BMS生产企业，其实中国国内并不缺乏优秀的BMS生产企业，像文中提及的深圳国新动力便是一家具有核心竞争力的注重产品品质的企业，其BMS系统已实现批量量产导入，配置在陕西通家和众泰汽车的部分新能源车型里，也可根据实际需求应用于纯电动或混合动力的低速车，乘用车、物流车，场地车、公交车、旅游大巴、储能系统等领域，其稳定、高效、安全、可靠的BMS平台产品备受客户推崇。

　　技术参数及标准的缺失，也没有权威机构对厂家生产的BMS进行权威检测，这是目前国内BMS市场的困局，导致了BMS产品的良莠不齐，难以大面积推广。同时，目前国内很多汽车厂商及电池PAC企业对于BMS的重要性认识不足，以为只要各个单体电池芯能链接上，就能保证车辆运行，对其安全性心存侥幸，在BMS采购中一味地追求低价格，为求合同的签订，某些不良BMS供应商只有降低BMS功能指标或干脆阉割部分功能，从而埋下安全隐患，这也是对整个行业的不负责任和伤害。只有尽快建立统一的行业标准，打压不符合市场要求的生产商，建立健全的检测体系，电池管理系统和新能源汽车才能拥有可持续发展的未来，这也是诸多厂商和消费者的诉求。

　　电池管理系统的基本功能

　　1）监测单体电芯的工作状况，例如单体电池电压、工作电流、环境温度等。

　　2）保护电池，避免电池工作在极端的条件下发生电池寿命缩短，损坏，甚至发生爆炸、起火等危害人身安全的事故。

　　一般而言，电池管理系统必须具备以下电路保护功能：过压和欠压保护、过流和短路保护、过高温和过低温保护、为电池提供多重保护以提高保护和管理系统的可靠性（硬件执行的保护具有高可靠性、软件执行的保护具有更高的灵活性、管理系统关键元器件失效的保护为用户提供第三重保护）。这些功能可以满足大部分手机电池、电动工具和电动自行车应用的需要。

　　3 电动汽车对电池管理系统提出更高挑战

　　电动汽车电池集成系统是一个开放的动力系统，它通过汽车级CAN总线进行通信，和车辆管理系统、充电机、电机控制器协同工作，以满足汽车以人为本的安全驾驶理念。因此汽车级电池管理系统必须做到：满足TS16949 和汽车电子的要求、实现高速数据采集和高可靠性、汽车级CAN总线通讯、高抗电磁干扰的能力（最高级别的EMI/EMC要求）、在线诊断功能。

　　其主要功能为：

　　电池电压和温度等信息的高速采集；实现电池高效率均衡，充分发挥电池集成系统的容量从而提高电池集成系统的寿命，同时减小热量的产生；

　　电池的健康状况和剩余电量的估算和显示；

　　高可靠的通讯协议（汽车级CAN通讯网络）；

　　动力总成技术要保证电池发生任何安全使用的前提下，充分发挥电池的潜力，保证电池的性能，提高电池的寿命；

　　电池的温度和散热管理，是电池系统工作在温度相对稳定的环境条件；

　　漏电检测以及复杂的地线设计。

　　由于电动汽车中电池的分布环境非常复杂，处于高压大功率的工作状态，对EMI/EMC要求非常高，这就为电池管理系统的设计带来了更大的挑战。

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