什么是BMS電池管理系統(tǒng)2021-09-03 08:07
眾所周知，今年汽車市場表現(xiàn)力不佳，整體處于緩慢增長甚至部分下降的環(huán)境中。但新能源領(lǐng)域卻恰恰相反，走勢一路看漲。中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2018年前11月新能源汽車產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(xù)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(tǒng)。那么什么是BMS管理系統(tǒng)？電車資源將用一文帶大家了解一下。
電池管理系統(tǒng)，英文為BMS(Battery Management System)，是電動汽車動力電池系統(tǒng)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(tài)參數(shù)，同時根據(jù)檢測值與允許值的比較關(guān)系控制供電回路的通斷；此外，還會將收集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)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(tǒng)協(xié)調(diào)工作。不同電芯類型，對管理系統(tǒng)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(lián)節(jié)數(shù)多、系統(tǒng)復(fù)雜，而且對安全性、耐久性、動力性等性能要求高、實現(xiàn)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(qū)域受到溫度、電壓的窗口限制，當(dāng)超過該窗口的范圍時，電池性能就會加速衰減，甚至?xí)l(fā)安全問題。
電池管理系統(tǒng)的主要目的就是保證電池系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)能保護電池單體或電池組免受損壞，防止出現(xiàn)安全事故。耐久性方面，即使電池工作在可靠的安全區(qū)域內(nèi)，延長電池的使用壽命。動力性方面，即要將電池的工作狀態(tài)在維持在滿足車輛要求的情況下。
BMS管理系統(tǒng)主要由各類傳感器、執(zhí)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，BMS管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下功能：
電池參數(shù)檢測：包括總電壓、總電流、單體電池電壓檢測(防止出現(xiàn)過充、過放甚至反極現(xiàn)象)、溫度檢測(最好每串電池、關(guān)鍵電纜接頭等均有溫度傳感器)、煙霧探測(監(jiān)測電解液泄漏等)、絕緣檢測(監(jiān)測漏電)、碰撞檢測等。
電池狀態(tài)估計：包括荷電狀態(tài)(SOC)或放電深度(DOD)、健康狀態(tài)(SOH)、功能狀態(tài)(SOF)、能量狀態(tài)(SOE)、故障及安全狀態(tài)(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(jìn)行早期預(yù)警。電池故障是指電池組、高壓電回路、熱管理等各個子系統(tǒng)的傳感器故障、執(zhí)行器故障(如接觸器、風(fēng)扇、泵、加熱器等)，以及網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(tǒng)控制、高壓電安全控制。BMS診斷到故障后，通過網(wǎng)絡(luò)通知整車控制器，并要求整車控制器進(jìn)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(jù)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(jìn)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(jù)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(jù)電池組內(nèi)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(fā)揮電池的性能。
網(wǎng)絡(luò)通信：BMS需要與整車控制器等網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(jìn)行在線標(biāo)定、監(jiān)控、自動代碼生成和在線程序下載(程序更新而不拆卸產(chǎn)品)等，一般的車載網(wǎng)絡(luò)均采用CAN總線技術(shù)。
信息存儲：用于存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電Ah數(shù)、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(yīng)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(tǒng)，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(shù)百個電池單元的電池系統(tǒng)，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(shù)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(jù)所報告的數(shù)據(jù)，主控制器將執(zhí)行電池狀態(tài)估計，故障診斷，熱管理等。
電磁兼容：由于電動車使用環(huán)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(tǒng)作為新能源汽車動力電池組的監(jiān)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(guān)參數(shù)進(jìn)行實時動態(tài)的監(jiān)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(xiàn)過充、過放、溫度過高以及短路等安全問題。此外，BMS管理系統(tǒng)還必須在電池組的整個使用周期內(nèi)對電池的SOC進(jìn)行準(zhǔn)確估算，并以合適的方式將剩余電量、續(xù)駛里程和故障異常等關(guān)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(tǒng)與整車ECU或上位機之間的數(shù)據(jù)交換功能。
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(xù)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(tǒng)。那么什么是BMS管理系統(tǒng)？電車資源將用一文帶大家了解一下。
電池管理系統(tǒng)，英文為BMS(Battery Management System)，是電動汽車動力電池系統(tǒng)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(tài)參數(shù)，同時根據(jù)檢測值與允許值的比較關(guān)系控制供電回路的通斷；此外，還會將收集到的關(guān)鍵數(shù)據(jù)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(tǒng)協(xié)調(diào)工作。不同電芯類型，對管理系統(tǒng)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(lián)節(jié)數(shù)多、系統(tǒng)復(fù)雜，而且對安全性、耐久性、動力性等性能要求高、實現(xiàn)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(qū)域受到溫度、電壓的窗口限制，當(dāng)超過該窗口的范圍時，電池性能就會加速衰減，甚至?xí)l(fā)安全問題。
電池管理系統(tǒng)的主要目的就是保證電池系統(tǒng)的設(shè)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(tǒng)能保護電池單體或電池組免受損壞，防止出現(xiàn)安全事故。耐久性方面，即使電池工作在可靠的安全區(qū)域內(nèi)，延長電池的使用壽命。動力性方面，即要將電池的工作狀態(tài)在維持在滿足車輛要求的情況下。
BMS管理系統(tǒng)主要由各類傳感器、執(zhí)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(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，BMS管理系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下功能：
電池參數(shù)檢測：包括總電壓、總電流、單體電池電壓檢測(防止出現(xiàn)過充、過放甚至反極現(xiàn)象)、溫度檢測(最好每串電池、關(guān)鍵電纜接頭等均有溫度傳感器)、煙霧探測(監(jiān)測電解液泄漏等)、絕緣檢測(監(jiān)測漏電)、碰撞檢測等。
電池狀態(tài)估計：包括荷電狀態(tài)(SOC)或放電深度(DOD)、健康狀態(tài)(SOH)、功能狀態(tài)(SOF)、能量狀態(tài)(SOE)、故障及安全狀態(tài)(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(jìn)行早期預(yù)警。電池故障是指電池組、高壓電回路、熱管理等各個子系統(tǒng)的傳感器故障、執(zhí)行器故障(如接觸器、風(fēng)扇、泵、加熱器等)，以及網(wǎng)絡(luò)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(nèi)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(tǒng)控制、高壓電安全控制。BMS診斷到故障后，通過網(wǎng)絡(luò)通知整車控制器，并要求整車控制器進(jìn)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(jù)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(jìn)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(jù)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(jù)電池組內(nèi)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(fā)揮電池的性能。
網(wǎng)絡(luò)通信：BMS需要與整車控制器等網(wǎng)絡(luò)節(jié)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(jìn)行在線標(biāo)定、監(jiān)控、自動代碼生成和在線程序下載(程序更新而不拆卸產(chǎn)品)等，一般的車載網(wǎng)絡(luò)均采用CAN總線技術(shù)。
信息存儲：用于存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如SOC、SOH、SOF、SOE、累積充放電Ah數(shù)、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(yīng)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(tǒng)，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(shù)百個電池單元的電池系統(tǒng)，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(shù)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(jù)所報告的數(shù)據(jù)，主控制器將執(zhí)行電池狀態(tài)估計，故障診斷，熱管理等。
電磁兼容：由于電動車使用環(huán)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(tǒng)作為新能源汽車動力電池組的監(jiān)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(guān)參數(shù)進(jìn)行實時動態(tài)的監(jiān)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(xiàn)過充、過放、溫度過高以及短路等安全問題。此外，BMS管理系統(tǒng)還必須在電池組的整個使用周期內(nèi)對電池的SOC進(jìn)行準(zhǔn)確估算，并以合適的方式將剩余電量、續(xù)駛里程和故障異常等關(guān)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(tǒng)與整車ECU或上位機之間的數(shù)據(jù)交換功能。
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