眾所周知,今年汽車市場表現力不佳,整體處于緩慢增長甚至部分下降的環境中。但新能源領域卻恰恰相反,走勢一路看漲。中汽協數據顯示,2018年前11月新能源汽車產銷分別完成105.4萬輛和103萬輛,比上年同期分別增長63.6%和68%。其中純電動汽車產銷分別完成80.7萬輛和79.1萬輛,比上年同期分別增長50.3%和55.7%;插電式混合動力汽車產銷分別完成24.7萬輛和23.9萬輛,比上年同期分別增長130.3%和127.6%。

動力電池組作為新能源汽車的核心部件,所占整車制造的成本比重非常高,其性能也影響到整車的續航性能及安全性能。而動力電池也有一個不可缺少的部件,就是BMS管理系統。那么什么是BMS管理系統?電車資源將用一文帶大家了解一下。

電池管理系統,英文為BMS(Battery Management System),是電動汽車動力電池系統的重要組成部分。它能夠檢測收集并初步計算電池實時狀態參數,同時根據檢測值與允許值的比較關系控制供電回路的通斷;此外,還會將收集到的關鍵數據反饋給整車控制器,并接收控制器的指令,與汽車上的其他系統協調工作。不同電芯類型,對管理系統的要求一般不太一樣。電動汽車所用的鋰離子電池容量大、串并聯節數多、系統復雜,而且對安全性、耐久性、動力性等性能要求高、實現難度大,因此其成為影響電動汽車推廣普及的瓶頸。鋰離子電池安全工作區域受到溫度、電壓的窗口限制,當超過該窗口的范圍時,電池性能就會加速衰減,甚至會引發安全問題。

電池管理系統的主要目的就是保證電池系統的設計性能,從安全性、耐久性、動力性三個方面提供作用。安全性方面,即BMS管理系統能保護電池單體或電池組免受損壞,防止出現安全事故。耐久性方面,即使電池工作在可靠的安全區域內,延長電池的使用壽命。動力性方面,即要將電池的工作狀態在維持在滿足車輛要求的情況下。

BMS管理系統主要由各類傳感器、執行器、控制器以及信號線等組成。為了使新能源汽車能夠安全的上路行駛,且符合相關標準和規范,BMS管理系統應當具有以下功能:

電池參數檢測:包括總電壓、總電流、單體電池電壓檢測(防止出現過充、過放甚至反極現象)、溫度檢測(最好每串電池、關鍵電纜接頭等均有溫度傳感器)、煙霧探測(監測電解液泄漏等)、絕緣檢測(監測漏電)、碰撞檢測等。

電池狀態估計:包括荷電狀態(SOC)或放電深度(DOD)、健康狀態(SOH)、功能狀態(SOF)、能量狀態(SOE)、故障及安全狀態(SOS)等。

在線故障診斷:包括故障檢測、故障類型判斷、故障定位、故障信息輸出等。故障檢測是指通過采集到的傳感器信號,采用診斷算法診斷故障類型,并進行早期預警。電池故障是指電池組、高壓電回路、熱管理等各個子系統的傳感器故障、執行器故障(如接觸器、風扇、泵、加熱器等),以及網絡故障、各種控制器軟硬件故障等。電池組本身故障是指過壓(過充)、欠壓(過放)、過電流、超高溫、內短路故障、接頭松動、電解液泄漏、絕緣降低等。

電池安全控制與報警:包括熱系統控制、高壓電安全控制。BMS診斷到故障后,通過網絡通知整車控制器,并要求整車控制器進行有效處理(超過一定閾值時BMS也可以切斷主回路電源),以防止高溫、低溫、過充、過放、過流、漏電等對電池和人身的損害。

充電控制:BMS中具有一個充電管理模塊,它能夠根據電池的特性、溫度高低以及充電機的功率等級,控制充電機給電池進行安全充電。

電池均衡:不一致性的存在使得電池組的容量小于組中最小單體的容量。電池均衡是根據單體電池信息,采用主動或被動、耗散或非耗散等均衡方式,盡可能使電池組容量接近于最小單體的容量。

熱管理:根據電池組內溫度分布信息及充放電需求,決定主動加熱/散熱的強度,使得電池盡可能工作在最適合的溫度,充分發揮電池的性能。

網絡通信:BMS需要與整車控制器等網絡節點通信;同時,BMS在車輛上拆卸不方便,需要在不拆殼的情況下進行在線標定、監控、自動代碼生成和在線程序下載(程序更新而不拆卸產品)等,一般的車載網絡均采用CAN總線技術。

信息存儲:用于存儲關鍵數據,如SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電Ah數、故障碼和一致性等。車輛中的真實BMS可能只有上面提到的部分硬件和軟件。每個電池單元至少應有一個電池電壓傳感器和一個溫度傳感器。對于具有幾十個電池的電池系統,可能只有一個BMS控制器,或者甚至將BMS功能集成到車輛的主控制器中。對于具有數百個電池單元的電池系統,可能有一個主控制器和多個僅管理一個電池模塊的從屬控制器。對于每個具有數十個電池單元的電池模塊,可能存在一些模塊電路接觸器和平衡模塊,并且從控制器像測量電壓和電流一樣管理電池模塊,控制接觸器,均衡電池單元并與主控制器通信。根據所報告的數據,主控制器將執行電池狀態估計,故障診斷,熱管理等。

電磁兼容:由于電動車使用環境惡劣,要求BMS具有好的抗電磁干擾能力,同時要求BMS對外輻射小。

BMS管理系統作為新能源汽車動力電池組的監控管理中心,必須對電池組的溫度、電壓和充放電電流等相關參數進行實時動態的監測,在必要時能主動采取緊急措施保護各單體電池,避免電池組出現過充、過放、溫度過高以及短路等安全問題。此外,BMS管理系統還必須在電池組的整個使用周期內對電池的SOC進行準確估算,并以合適的方式將剩余電量、續駛里程和故障異常等關鍵信息及時反饋給駕駛員,同時以一種合適的方式完成系統與整車ECU或上位機之間的數據交換功能。