众所周知,今年汽车市场表现力不佳,整体处于缓慢增长甚至部分下降的环境中。但新能源领域却恰恰相反,走势一路看涨。中汽协多个方面数据显示,2018年前11月新能源汽车产销分别完成105.4万辆和103万辆,比上年同期分别增长63.6%和68%。其中纯电动汽车产销分别完成80.7万辆和79.1万辆,比上年同期分别增长50.3%和55.7%;插电式混合动力汽车产销分别完成24.7万辆和23.9万辆,比上年同期分别增长130.3%和127.6%。
动力电池组作为新能源汽车的核心部件,所占整车制造的成本比重非常高,其性能也影响到整车的续航性能及安全性能。而动力电池也有一个必不可少的部件,就是BMS管理系统。那么什么是BMS管理系统?电车资源将用一文带大家探索一下。
电池管理系统,英文为BMS(Battery Management System),是电动汽车动力电池系统的重要组成部分。它能够检测收集并初步计算电池实时状态参数,同时根据检测值与允许值的比较关系控制供电回路的通断;此外,还会将收集到的关键数据反馈给整车控制器,并接收控制器的指令,与汽车上的其他系统协调工作。不同电芯类型,对管理系统的要求一般不太一样。电动汽车所用的锂离子电池容量大、串并联节数多、系统复杂,而且对安全性、耐久性、动力性等性能要求高、实现难度大,因此其成为影响电动汽车推广普及的瓶颈。锂离子电池安全工作区域受到温度、电压的窗口限制,当超过该窗口的范围时,电池性能就会加速衰减,甚至会引发安全问题。
电池管理系统的最大的目的就是保证电池系统的设计性能,从安全性、耐久性、动力性三个方面提供作用。安全性方面,即BMS管理系统能保护电池单体或电池组免受损坏,防止出现安全事故。耐久性方面,即使电池工作在可靠的安全区域内,延长电池的常规使用的寿命。动力性方面,即要将电池的工作状态在维持在满足车辆要求的情况下。
BMS管理系统主要由各类传感器、执行器、控制器以及信号线等组成。为了使新能源汽车能够安全的上路行驶,且符合有关标准和规范,BMS管理系统应当具有以下功能:
电池参数检测:包括总电压、总电流、单体电池电压检测(防止出现过充、过放甚至反极现象)、温度检测(最好每串电池、关键电缆接头等均有温度传感器)、烟雾探测(监测电解液泄漏等)、绝缘检测(监测漏电)、碰撞检测等。
电池状态估计:包括荷电状态(SOC)或放电深度(DOD)、健康状态(SOH)、功能状态(SOF)、能量状态(SOE)、故障及安全状态(SOS)等。
在线故障诊断:包括故障检验测试、故障类型判断、故障定位、故障信息输出等。故障检验测试是指通过采集到的传感器信号,采用诊断算法诊断故障类型,并进行早期预警。电池故障是指电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器故障、执行器故障(如接触器、风扇、泵、加热器等),以及网络故障、各种控制器软硬件故障等。电池组本身故障是指过压(过充)、欠压(过放)、过电流、超高温、内短路故障、接头松动、电解液泄漏、绝缘降低等。
电池安全控制与报警:包括热系统控制、高压电安全控制。BMS诊断到故障后,利用互联网通知整车控制器,并要求整车控制器进行相对有效处理(超过一定阈值时BMS也可以切断主回路电源),以防止高温、低温、过充、过放、过流、漏电等对电池和人身的损害。
充电控制:BMS中具有一个充电管理模块,它可以依据电池的特性、温度高低以及充电机的功率等级,控制充电机给电池进行安全充电。
电池均衡:不一致性的存在使得电池组的容量小于组中最小单体的容量。电池均衡是根据单体电池信息,采用主动或被动、耗散或非耗散等均衡方式,尽可能使电池组容量接近于最小单体的容量。
热管理:根据电池组内温度分布信息及充放电需求,决定主动加热/散热的强度,使得电池尽可能工作在最适合的温度,充分的发挥电池的性能。
网络通信:BMS需要与整车控制器等网络节点通信;同时,BMS在车辆上拆卸不方便,需要在不拆壳的情况下进行在线标定、监控、自动代码生成和在线程序下载(程序更新而不拆卸产品)等,一般的车载网络均采用CAN总线技术。
信息存储:用于存储关键数据,如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电Ah数、故障码和一致性等。车辆中的真实BMS可能只有上面提到的部分硬件和软件。每个电池单元至少应有一个电池电压传感器和一个温度传感器。对于具有几十个电池的电池系统,可能只有一个BMS控制器,或者甚至将BMS功能集成到车辆的主控制器中。对于具有数百个电池单元的电池系统,可能有一个主控制器和多个仅管理一个电池模块的从属控制器。对于每个具有数十个电池单元的电池模块,有几率存在一些模块电路接触器和平衡模块,并且从控制器像测量电压和电流一样管理电池模块,控制接触器,均衡电池单元并与主控制器通信。根据所报告的数据,主控制器将执行电池状态估计,故障诊断,热管理等。
电磁兼容:由于电动车使用环境恶劣,要求BMS具有好的抗电磁干扰能力,同时要求BMS对外辐射小。
BMS管理系统作为新能源汽车动力电池组的监控管理中心,必须对电池组的温度、电压和充放电电流等相关参数进行实时动态的监测,在必要时能主动采取紧急措施保护各单体电池,避免电池组出现过充、过放、温度过高以及短路等安全问题。此外,BMS管理系统还必须在电池组的整个使用周期内对电池的SOC做准确估算,并以合适的方式将剩余电量、续驶里程和故障异常等关键信息及时反馈给司机,同时以一种合适的方式完成系统与整车ECU或上位机之间的数据交换功能。
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