電池管理系統的原理是什么?它是如何工作的

(文章來源:電池中國網)

  BMS(battery management system),是電動汽車不可或缺的重要部件,是管理和監控動力電池的中樞,管理、維護、監控電池各個模塊,肩負著防止電池過充過放電、延長電池使用壽命、幫助電池正常運行的重任。

電池管理系統

  電池管理系統(BMS)是連接車載電池和電動車的重要紐帶,它主要的功能包括:電池物理參數實時監測、電池狀態估計、在線診斷與預警、充放電與預充控制均衡管理、熱管理等等。以上哪個功能實現不好,都會讓電池出現致命的危害。

  主流BMS配套企業都有哪些?讓我們來看看目前主流國產純電汽車的BMS分別是由哪些廠家提供的?BMS作為銜接電池組、整車系統和電機的重要紐帶,是動力電池組的核心技術,也是衡量一部純電動整車性能的最為重要的指標。BMS系統自身的復雜性決定了它具有很強的技術壁壘,需要技術研發時間,它的成本約占電池組總成本的20%左右。

  我國BMS企業大體分為幾種類型:電池廠自營、整車廠自營、第三方經營。電池廠自營類的,目前國內第一梯隊動力電池企業有:寧德時代、中信國安盟固利、國軒高科、微宏動力等,它們掌握整套核心技術優勢,有很強的市場競爭力;整車廠自營的,以比亞迪、北汽新能源、中通客車為代表,除了掌握核心技術,在成本方面也比其他企業有優勢;第三方提供的代表企業有東莞鉅威動力、惠州市億能電子、深圳科列技術等企業。

  BMS的功能有多重要?BMS是電動汽車的命之脈!BMS是連接電池和整車的紐帶,它處理的信號足夠豐富,它們包括:電芯、碰撞、CAN、充電、水泵、高壓、絕緣等等。一次過放電就會造成電池的永久性損壞,極端情況下鋰電池過熱或者過充電會導致熱失控、電池破裂甚至爆炸。所以,BMS要進行嚴格的控制充放電,避免過充、過放、過熱。

  電池在不同的溫度下會有不同的工作性能,鋰離子電池的適當工作溫度為25-40度。BMS通過均衡改善不一致性,提升鋰電池整體性能。

電池管理系統的原理是什么?它是如何工作的

  電動車以鋰電池為主要動力驅動來源,源于鋰電池有高能量密度優勢,所以性能較為穩定。然而鋰電池大量生產時品質不易掌握,電池芯出廠時電量存在細微差異,且隨著操作環境改變等因素,電池間不一致性將愈趨明顯,電池效率、壽命也都將變差,再加上過充或過放等情況,嚴重時可能導致起火燃燒等安全問題。

  通過BMS能準確量測電池組使用狀況,保護電池不至于過度充放電,平衡電池組中每一顆電池的電量,以及分析計算電池組的電量并轉換為可理解的續航力信息,確保動力電池安全運作。

  電池管理系統的主要目的就是保證電池系統的設計性能,從安全性、耐久性、動力性三個方面提供作用。安全性方面,BMS電池管理系統能保護電池單體免受損壞,防止出現安全事故;耐久性方面,BMS電池管理系統能使電池工作在可靠的安全區域內,延長電池的使用壽命;動力性方面,將電池的工作狀態維持在滿足車輛要求的情況下。

  特斯拉的電池管理系統是當今較成熟的系統。它得益于深度學習和人工智能的充分應用,特斯拉的BMS可以不斷獲得實際駕駛的大數據,然后對算法進行自我強化,從而使特斯拉電池組的續航時間相對更長。

  下面我們以特斯拉Model3為例,羅列一下它的BMS的五大特性:1. 4416顆低容量的小電池支撐起75kWh的系統,大量的小電芯讓電池系統更穩定。2. 雖然電池是采購的,但是特斯拉自己研制管理系統,可對每一顆電芯進行溫度管理。3. 采用兩階段法進行電芯平衡,獲得更高的電池利用效率,具備了相對較低的衰減速度。4. 特斯拉通過使用不導熱材料和嵌入溫度計,降低NCA電池的相對易燃性。5. 特斯拉積累BMS相關的經驗數據:駕駛、充電、電池溫度、電池容量變動等等。

  特斯拉BMS的五大特性帶來了很多的優勢:1. 大多數電動汽車在4-8年內電池容量下降至80%以下,而大多數特斯拉保持90%以上。2. 特斯拉BMS有很高的風險容忍度,較大限度利用大數據來維護和管理大量的電芯。3. 特斯拉系統可使用相同的電池來滿足轎車、卡車、跑車、SUV或其他類型汽車。

  除了明顯的優點,特斯拉電池包的弱點也很明顯:1. 電芯的安全性相對較差:Model S和 Model X都發生過多起燃燒事故,新款的Model 3的所有電芯都用阻燃材料做了固定,相對難以燃燒。2. 模組更換成本高:壞一些電芯不會影響電池包整體性能,但模組損壞了更換成本更貴。3. 有瞬間失控的風險:一旦出現短暫電力缺失,電力控制系統不能及時激活,會使安全保護和溫度控制的功能失效。

  在美國新能源汽車銷量榜上,除了特斯拉遙遙領先之外,就是雪佛蘭的Bolt了。與特斯拉的BMS相比,雪佛蘭Bolt的BMS有如下特點:1. Bolt BMS中監控電壓及溫度的芯片非自己研發,是LG化學設計,交由ST微電子生產。2. Bolt有25個BMS MCUs , Model 3有18個。3. Bolt只有單階段電芯平衡,如果增加電池容量,會造成電芯平衡精確度失衡,從而衰減速度更快。

  綜合而言,我們完全可以得出這樣的結論:特斯拉的BMS確實是非常優秀的。電池的熱管理系統有多重要?風冷、液冷、直冷都哪些車企在使用?冬天來了,純電動車們怎么辦?

  有數據統計,一輛電動車在較惡劣工況下(尤其在冬季低溫)開空調情況下,其將影響整車續航能力的40%以上。所以,與傳統燃油汽車相比,純電動汽車的綜合管理能量就顯得尤為重要。這里我們就把新能源車的熱管理系統做一下詳細的介紹。

  根據傳熱介質的不同, 電池的熱管理系統可分為風冷、直冷、液冷。液冷相對直冷成本更低,冷卻效果優于風冷,目前具備主流應用的趨勢。新能源汽車熱管理系統對續航里程和電池壽命有決定性的影響。新能源汽車熱管理的重點對象是空調系統、電池包管理系統、電機電控管理系統等。電池工作的最適宜溫度在0-38°C之間,此時不需要加熱也不需要冷卻,過高或過低的溫度都將導致電池壽命有更快的衰減。

      (責任編輯:fqj)

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