BMS的全称BATTERY MANAGEMENT SYSTEM,电池管理系统,是新能源车高压系统至关重要的零部件。
对于整车的动力来源而言,BMS就像是高压电池包的“二十四小时保姆”一样。
在本系列中,我们将向读者们介绍BMS系统的定义,作用和构成;系统构架的分类,BMS的工作原理和具备的各类功能分析。
BMS定义
新能源车动力电池由若干单体电池组成。
在大批量生产时,单体电池的工作电压、存储电量、输出功率和温度会不可避免的存在差异。
在实际使用时,单体电池也会因为区域环境、老旧、过度充电、过度放电、高温循环等因素,导致单体电池之间的不一致性愈发明显,逐渐造成电池效率便低、使用寿命变短、甚至存在爆炸燃烧等安全隐患。
相比于续航焦虑来说,纯电动汽车的安全焦虑是用户们更为关注的话题。有数据显示:80%的新能源车自燃事故是在充电中或充满电后1小时内发生。
对于动力电池而言,电池包的性能和单体电池的性能关联度很高。如果单体电池出现上文所述的问题后,基于“木桶原理”,电池串联威廉希尔官方网站
中充放电状态最差的单体电池,会对整个电池包充放电产生影响,进而影响整个动力电池包的使用效率和使用寿命。
根据试验数据显示,新能源车的热管理效果会影响超过40%以上的续航效果。
为了管理电池包内成百上千的单体电池,有效规避充电导致的起火,降低电动汽车的安全事故,BMS应运而生。
BMS由电池电子部件Battery Electronics和电池控制单元Battery Control Unit组成。
根据GB/T 19596的定义,电池电子部件Battery Electronics指的是采集电池单体(集成)或电池模块(集成)的与电和热相关的数据,并将这些数据提供给电池控制单元的电子装置。
电池控制单元Battery Control Unit指的是控制或管理电池系统的电性能或热性能,并可以与车辆上的其他控制单元进行信息交互的电子控制部件。
BMS主要功能
BMS是电动汽车不可或缺的重要部件,是管理和监控动力电池的中枢,管理、维护、监控电池各个模块,肩负着防止电池过充过放电、延长电池使用寿命、帮助电池正常运行的重任。
电池管理系统(BMS)是连接车载电池和电动车的重要纽带,它处理的信号足够丰富,它们包括:电芯、碰撞、CAN、充电、水泵、高压、绝缘等等。
一次过放电就会造成电池的永久性损坏,极端情况下锂电池过热或者过充电会导致热失控、电池破裂甚至爆炸。所以,BMS要进行严格的控制充放电,避免过充、过放、过热。
BMS主要的功能包括:电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充放电与预充控制均衡管理、热管理等等。以上哪个功能实现不好,都会让电池出现致命的危害。
BMS的其他功能还包括:
BMS系统构架分类
BMS构架一般分为3类: 集中式,分布式,集成式/半分布式。
集中式
SPRING
电压、温度采集以及电量均衡等所有功能,均由主控单元来完成,不存在从控单元。主控和电池无总线通信,直接通过线束相连。
主控单元对电池的电压、电流、温度等进行采样,继而进行数据处理、计算和判断,最终发布控制指令。
这种设计的优点是构造简单,缺点是需要使用到比较长且多的线束,整体可靠性不高,并且在单体电池数量很多的情况下,会对计算和管理造成一定困难。
集中式BMS系统
分布式 SPRING
分布式结构BMS的数据采集是分散的,且电池组的功能相对独立。
整个系统分为“单体电池监控单元”和“电池管理控制器”。
监控单元(Cell Monitor Unit)安装在单体电池上,负责单体电池的信息采集和传递。
若干监控单元通过信号线和电池管理控制器BMU相连,进行数据通信,再通过CAN总线传输到车辆ECU。
相比于集中式BMS,分布式BMS减少了线束的使用,监控数据的精度也会有很大提升,并且,由于监控单元和电池模组是一体的,对于电池组的总体数量并无限制。
由于更换动力电池时不涉及BMU的变更,因而此种BMS架构更有利于采取换电模式的车型。
分布式BMS系统
集成式/半分布式 SPRING
集成式/半分布式BMS通常分为主控模块和测控模块,其中测控模块又可分为从控模块和高压测控模块。
从控模块一般安装在电池组上,用来测量单体电池的电压和温度,并且实施均衡控制和热管理控制。
高压测控模块一般安装在车辆的中控箱内,主要是对总电压、总电流、能量、绝缘电阻的测量和高压继电器的控制。
主控模块和测控模块通过CAN总线进行数据通信。
就整个系统而言,集成式/半分布式的设计采用的部件较少,功能集中度高,结构比分布式更简单,能够提高整体的可靠性和安全性,适用于各类型的电池包设计,包括模组排布较为奇特的电池包,应用范围更加广泛。
但这种介于分布式和集中式的折中设计,成本较前两者而言比较高。
集成式/半分布式 BMS系统
在本文中,我们概述了BMS的基础功能和BMS不同的架构结构。
|