电池管理系统的原理是什么?它是如何工作的

(文章来源:电池中国网)

  BMS(battery management system),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

  电池管理系统(BMS)是连接车载电池和电动车的重要纽带,它主要的功能包括: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。

  主流BMS配套企业都有哪些?让大家来看看目前主流国产纯电汽车的BMS分别是由哪些厂家提供的?BMS作为衔接电池组、整车系统和电机的重要纽带,是动力电池组的核心技术,也是衡量一部纯电动整车性能的最为重要的指标。BMS系统自身的复杂性决定了它具有很强的技术壁垒,需要技术研发时间,它的成本约占电池组总成本的20%左右。

  我国BMS企业大体分为几种类型:电池厂自营、整车厂自营、第三方经营。电池厂自营类的,目前国内第一梯队动力电池企业有:宁德时代、中信国安盟固利、国轩高科、微宏动力等,它们掌握整套核心技术优势,有很强的市场竞争力;整车厂自营的,以比亚迪、北汽新能源、中通客车为代表,除了掌握核心技术,在成本方面也比其他企业有优势;第三方提供的代表企业有东莞钜威动力、惠州市亿能电子、深圳科列技术等企业。

  BMS的功能有多重要?BMS是电动汽车的命之脉!BMS是连接电池和整车的纽带,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。

  电池在不同的温度下会有不同的工作性能,锂离子电池的适当工作温度为25-40度。BMS通过均衡改善不一致性,提升锂电池整体性能。

电池管理系统的原理是什么?它是如何工作的

  电动车以锂电池为主要动力驱动来源,源于锂电池有高能量密度优势,所以性能较为稳定。然而锂电池大量生产时品质不易掌握,电池芯出厂时电量存在细微差异,且随着操作环境改变等因素,电池间不一致性将愈趋明显,电池效率、寿命也都将变差,再加上过充或过放等情况,严重时可能导致起火燃烧等安全问题。

  通过BMS能准确量测电池组使用状况,保护电池不至于过度充放电,平衡电池组中每一颗电池的电量,以及分析计算电池组的电量并转换为可理解的续航力信息,确保动力电池安全运作。

  电池管理系统的主要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,BMS电池管理系统能保护电池单体免受损坏,防止出现安全事故;耐久性方面,BMS电池管理系统能使电池工作在可靠的安全区域内,延长电池的使用寿命;动力性方面,将电池的工作状态维持在满足车辆要求的情况下。

  特斯拉的电池管理系统是当今较成熟的系统。它得益于深度学习和人工智能的充分应用,特斯拉的BMS可以不断获得实际驾驶的大数据,然后对算法进行自我强化,从而使特斯拉电池组的续航时间相对更长。

  下面大家以特斯拉Model3为例,罗列一下它的BMS的五大特性:1. 4416颗低容量的小电池支撑起75kWh的系统,大量的小电芯让电池系统更稳定。2. 虽然电池是采购的,但是特斯拉自己研制管理系统,可对每一颗电芯进行温度管理。3. 采用两阶段法进行电芯平衡,获得更高的电池利用效率,具备了相对较低的衰减速度。4. 特斯拉通过使用不导热材料和嵌入温度计,降低NCA电池的相对易燃性。5. 特斯拉积累BMS相关的经验数据:驾驶、充电、电池温度、电池容量变动等等。

  特斯拉BMS的五大特性带来了很多的优势:1. 大多数电动汽车在4-8年内电池容量下降至80%以下,而大多数特斯拉保持90%以上。2. 特斯拉BMS有很高的风险容忍度,较大限度利用大数据来维护和管理大量的电芯。3. 特斯拉系统可使用相同的电池来满足轿车、卡车、跑车、SUV或其他类型汽车。

  除了明显的优点,特斯拉电池包的弱点也很明显:1. 电芯的安全性相对较差:Model S和 Model X都发生过多起燃烧事故,新款的Model 3的所有电芯都用阻燃材料做了固定,相对难以燃烧。2. 模组更换成本高:坏一些电芯不会影响电池包整体性能,但模组损坏了更换成本更贵。3. 有瞬间失控的风险:一旦出现短暂电力缺失,电力控制系统不能及时激活,会使安全保护和温度控制的功能失效。

  在美国新能源汽车销量榜上,除了特斯拉遥遥领先之外,就是雪佛兰的Bolt了。与特斯拉的BMS相比,雪佛兰Bolt的BMS有如下特点:1. Bolt BMS中监控电压及温度的芯片非自己研发,是LG化学设计,交由ST微电子生产。2. Bolt有25个BMS MCUs , Model 3有18个。3. Bolt只有单阶段电芯平衡,如果增加电池容量,会造成电芯平衡精确度失衡,从而衰减速度更快。

  综合而言,大家完全可以得出这样的结论:特斯拉的BMS确实是非常优秀的。电池的热管理系统有多重要?风冷、液冷、直冷都哪些车企在使用?冬天来了,纯电动车们怎么办?

  有数据统计,一辆电动车在较恶劣工况下(尤其在冬季低温)开空调情况下,其将影响整车续航能力的40%以上。所以,与传统燃油汽车相比,纯电动汽车的综合管理能量就显得尤为重要。这里大家就把新能源车的热管理系统做一下详细的先容。

  根据传热介质的不同, 电池的热管理系统可分为风冷、直冷、液冷。液冷相对直冷成本更低,冷却效果优于风冷,目前具备主流应用的趋势。新能源汽车热管理系统对续航里程和电池寿命有决定性的影响。新能源汽车热管理的重点对象是空调系统、电池包管理系统、电机电控管理系统等。电池工作的最适宜温度在0-38°C之间,此时不需要加热也不需要冷却,过高或过低的温度都将导致电池寿命有更快的衰减。

      (责任编辑:fqj)

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