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BMS三大核心功能分析—电芯监控、荷电状态(SOC)估算以及单体电池均衡

 2018-07-30
  
BMS电动汽车电池管理系统是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。BMS实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息,与外部设备如整车控制器交换信息,解决锂电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题,主要作用是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。通俗的讲,就是一套管理、控制、使用电池组的系统。

BMS电动汽车电池管理系统是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。BMS实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息,与外部设备如整车控制器交换信息,解决锂电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题,主要作用是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。通俗的讲,就是一套管理、控制、使用电池组的系统。

表:国内外主流BMS供应商的技术参数对比

国外主流厂商

国内主流厂商

配套方案

主从结构

主从结构

技术指标

电压测量精度:0.1%FS

电流测量精度:0.1%FS

电流测量范围:0~±600A

SOC估算精度:5%

均衡方式:主动平衡

电压测量精度:0.5% FS

电流测量精度:0.5% FS

温度测量范围(℃):-40~125℃

温度测量精度(℃):0.5℃

SOC测量精度:5%

均衡方式:被动平衡

车型应用范围

纯电动车、混合动力车

纯电动车、混合动力车

功能安全

电池过充、过放、温升保护、绝缘防护、高压互锁、预充电

电池过充、过放、温升保护、绝缘防护

适用电芯范围

锰酸锂、三元材料

铅酸电池、镍氢电池、锂电池等动力电池

BMS最核心的三大功能为电芯监控、荷电状态(SOC)估算以及单体电池均衡。

电芯监控技术

1、单体电池电压采集;2、单体电池温度采集;3、电池组电流检测;

温度的准确测量对于电池组工作状态也相当重要,包括单个电池的温度测量和电池组散热液体温度监测。这需要合理设置好温度传感器的位置和使用个数,与BMS控制模块形成良好的配合。电池组散热液体温度的监控重点在于入口和出口出的流体温度,其监测精度的选择与单体电池类似。

SOC技术

单电芯SOC计算是BMS中的重点和难点,SOC是BMS中最重要的参数,因为其它一切都是以SOC为基础的,所以它的精度和鲁棒性(也叫纠错能力)极其重要。如果没有精确的SOC,再多的保护功能也无法使BMS正常工作,因为电池会经常处于被保护状态,更无法延长电池的寿命。SOC的估算精度精度越高,对于相同容量的电池,可以使电动车有更高的续航里程。高精度的SOC估算可以使电池组发挥最大的效能。

目前最常采用的计算方法有安时积分法和开路电压标定法,通过建立电池模型和大量的数据采集,将实际数据与计算数据进行比较,这也是各家的技术秘籍,需要长时间大量数据积累,同时也是特斯拉技术含量最高的部分。特斯拉已经在电池冷却、安全、电荷平衡等与BMS相关的领域申请核心专利超过上百项。

均衡技术

被动均衡一般采用电阻放热的方式将高容量电池“多出的电量”进行释放,从而达到均衡的目的,电路简单可靠,成本较低,但是电池效率也较低。

主动均衡充电时将多余电量转移至高容量电芯,放电时将多余电量转移至低容量电芯,可提高使用效率,但是成本更高,电路复杂,可靠性低。未来随着电芯的一致性的提高,对被动均衡的需求可能会降低。

图:主动均衡和被动均衡技术对比

主动均衡和被动均衡技术对比

几乎所有主流车用BMS厂家都有被动均衡技术,其中绝大部分都有主动均衡技术储备。被动均衡的BMS装机量较大,占据新能源汽车市场较高的份额,远远高于主动均衡BMS的市场份额,其根本原因在于成本因素,主动均衡更多是一个“选配”功能。

考虑到中国市场的消费习惯,当前国产新能源汽车主打的是中低端品牌,为了严格控制成本,主机厂的零部件需求是以“满足基本功能,成本较低”为准则,主动均衡技术的成本比被动均衡高出不少,在被动均衡满足基本功能的情况下,主机厂更愿意选择被动均衡的BMS。

表:国内主要BMS厂均衡技术情况

公司名称

均衡技术

配套电池

金杯新能源

被动均衡

三星(天津)、天劲新能源

亿能电子

被动均衡

三星、国轩高科、天津力神、CTAL

华霆动力

被动均衡

三星、天津力神

松岳电池

被动均衡

苏州星恒、中航锂电

科列技术

主动均衡

威能、国能、沃特玛

欣旺达

主动+被动均衡

力神、三星(西安、马来西亚)、LG化学、ATL

安全技术

电池管理系统设计应该根据电池电压、温度和所使用的环境,来制定电池充放电功率,将信息反馈给整车,让电池用在比较舒适绿色区域里。电池是电化学载体,在充电的时候会发生各种反应,在外界有诸多不安全因素的情况下,如何保障电池系统的安全,是电池管理技术的核心问题。

稿件来源:锂电世界  
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