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电池管理系统(BMS)解读

钜大LARGE  |  点击量:734次  |  2019年01月24日  

如果把电芯比作人体的心脏,模组和电池包比作强健的体魄,那么整个动力电池系统要平稳运行,还需要一个支配身体的智慧大脑,那就是BMS。


电池管理系统(BatteryManagementSystem,简称BMS)是连接电池和电动汽车的重要纽带,其精准的控制和管理为电池的完美应用保驾护航。


“龙生九子,各有不同”。即使同一批次生产的两个单体电芯,因生产工艺误差、使用环境差异等,其性能也不可能完全一致;在使用过程中这种不一致性会逐渐扩大,可能会出现过充、过放和局部过热的危险,严重时影响到电池组的使用寿命和安全。


这时就需要BMS大显身手。


那么问题来了,BMS主要做什么?


关于BMS的功能,行业内关于其分类方式不尽相同。不过从用户的角度来理解,可大致划分为两大功能——“电池体检”和“安全卫士”。


即时体检精准掌握电池状态


即时“体检”,指的是电池数据采集和状态评估。


数据采集,可简单理解为给电池做例行的“体检”;在充放电过程中,实时采集电池组中每块电池的端电压、温度、充放电电流及总电压,防止电池发生过充电或过放电现象。


这种“体检”是在线的、持续的、不间断的。过程中当发现数据异常时,可及时查询对应电池状况,并挑选出有问题的电池,从而保持整组电池运行的可靠性和高效性。


“体检”结束之后,会进入分析、诊断、计算的阶段,之后生成“体检报告”,这个过程可以理解为电池的状态评估。


这时,我们需要了解一个行业的常用术语——SOC。


何为SOC?


电池组的荷电状态(StateofCharge,即SOC),即电池剩余电量。SOC是判断电池过充及过放等一系列故障的基础,精确的估算SOC,可防止电池过充和过放,延长电池的使用寿命,从而提高电池的利用率。


其实,除了SOC估算,还有SOH(StateofHealth),SOP(StateofPower),用户可通过车上仪表显示,看到这些数据,从而确认电池的工作、功能状态。据此,在保护电池的基础上,将潜力发挥最大化,大大提升驾乘体验。


因此SOC等数据估算的准确与否,就显得特别重要。估算不准带来的后果,有可能是汽车抛锚、与预期的行驶里程数不符等。


举个例子,满电情况下续航里程为400公里的车辆在道路行驶。若估算准确,当SOC显示为10%时,还可能行驶的里程是40公里;若估算不准,SOC达到15%,则用户以为的里程为60公里,事实上可能在行驶40公里之后,就已经没电了。很显然,对于用户来说,这样的情况很糟糕。


“安全卫士”保护电池及人身安全


BMS还有另一大核心功能,就是“安全卫士”。其实就是保护的作用,这包括电池的自我保护和人身安全的保护。


众所周知,电池过充、过放会带来局部过热,影响电池寿命不说,严重时会威胁到电池组的安全,进而引发人身安全隐患。这时,BMS的“充放电管理”模块就开启了保护职能,一方面与整车、充电机实现通讯,另一方面实时提供电池状态,便于及时发出指令控制,有效防止高充、低放的发生。


在保护电池的模块,均衡也是很重要的一环,是保护并提升电池寿命的必要手段。另外,电池的保护还包括过压、欠压、过温、过流等的保护。简单来说,当实际参数高于或低于某约定值时,系统将自动做出判断,并采取断开、预充等方式保护电池安全。


在人身安全方面,BMS通过高压控制的手段来保护。电池高压可达300-500V,远超人体安全电压36V,风险隐患极大,必须做好高压控制,最常见的就是继电器、高压互锁、绝缘防护。周全的高压防护控制,可有效保护司机、乘客和维护人员的人身安全。


ISO26262标准根据安全风险程度,划分由A到D的安全需求等级(AutomotiveSafetyIntegrityLevel,ASIL),其中D级为最高等级,需要最苛刻的安全需求。等级越高,对系统的安全性要求越高,为实现安全付出的代价越高,意味着硬件的诊断覆盖率越高,开发流程越严格,相应的开发成本增加、开发周期延长,技术要求越严格。


ASILD等级,失效率为10^-8/h,意味着1辆车假定每天运行4小时,需要运行7万年才出现1次由BMS导致的功能性故障。而如此低概率的失效率,可媲美飞机运行时的要求。通常来说,汽车行业对零部件的要求是B或C等级。

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