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什么是電池管理系統(tǒng)?
BMS系統(tǒng),英文為:Battery Management System,意思是電池管理系統(tǒng)。BMS系統(tǒng)是電動汽車動力電池子系統(tǒng)的重要組成部分。電池管理系統(tǒng)(BMS)是電池的“保姆+醫(yī)生”,它無微不至的照顧,使得電池包能正常穩(wěn)定工作、壽命更長并確保安全。
BMS系統(tǒng)最初發(fā)源于美國。除了美國,BMS系統(tǒng)在日本,德國,韓國等地都獲得了更多的應(yīng)用和研究。我國在“863”計(jì)劃和“十一五”規(guī)劃中,將電動汽車技術(shù)列為重點(diǎn)研究方向,并在電動汽車BMS系統(tǒng)的研究中獲得了較大的突破。
BMS系統(tǒng)用于管理和維護(hù)電池單元的工作狀態(tài)。在實(shí)時(shí)監(jiān)控電池工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上,還可以防止電池的過充和過放。有效延長電池使用壽命。BMS系統(tǒng)的性能優(yōu)劣,對電動汽車的整車性能有直接的影響。BMS系統(tǒng)可以提高動力性能,也可以提高電動汽車的續(xù)航里程。
BMS系統(tǒng)一般包括檢測模塊和控制模塊兩部分。檢測模塊對電芯的電壓,電流和溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量,同時(shí)實(shí)時(shí)測量電池組的電壓??刂颇K對測量結(jié)果進(jìn)行處理,通過特定算法對電池狀態(tài)進(jìn)行估算處理,并發(fā)出相應(yīng)的指令,實(shí)現(xiàn)電池故障診斷和電池保護(hù)功能。
BMS系統(tǒng)的檢測模塊和控制模塊之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有2種,分別是分散式和集中式。在電動汽車應(yīng)用領(lǐng)域,國內(nèi)主流的BMS系統(tǒng)一般都采用分布式的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這樣可以更好地實(shí)現(xiàn)模塊級和系統(tǒng)級的分級管理。分布式BMS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以根據(jù)不同的電池系統(tǒng)進(jìn)行高效配置,BMS系統(tǒng)和動力電池之間的線束距離更短,更均勻,也更可靠。分布式BMS系統(tǒng)也符合動力電池系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢,未來的發(fā)展前景是可以看好的。
電池管理系統(tǒng)包括一系列的軟件和硬件,具體功能包括:電池狀態(tài)監(jiān)控、電池安全管理、電池充放電控制、電池溫度控制等。
電池狀態(tài)監(jiān)控
需要監(jiān)控的狀態(tài)包括電壓、電流、溫度等,根據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)可估算出電池的電量百分比(SOC),并由此控制電池的各項(xiàng)運(yùn)作。
為什么用百分比表示電量?
因?yàn)殡姵氐哪芰渴腔瘜W(xué)能形式,無法直接準(zhǔn)確測量,只能通過多個(gè)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算,而且可使用的電量也不是固定的,受溫度及衰減程度影響。
電量估算不準(zhǔn)!那還怎么用?
考慮到電池“淺充淺放”的特性及電量估算困難等因素,目前通過可用電量進(jìn)行控制,可用電量小于電池的真實(shí)電量。所以我們看到的電量數(shù)據(jù),是可用電量部分的百分比,這樣做有兩方面好處:
1、可用電量用到0%或者充電到100%,也只是真實(shí)電量的一部分,不會對電池性能造成實(shí)質(zhì)傷害,盡管放心使用。就算到0%,也還能再跑幾公里。
2、可用電量在真實(shí)電量的中間部分,中間部分變化穩(wěn)定,數(shù)據(jù)的測算是相對比較準(zhǔn)確的。
什么是鎖電
鎖電就是通過BMS的軟件設(shè)置,對可用電量進(jìn)行限制。所有電池都會進(jìn)行一定比例的鎖電,以保證電池安全并延緩衰減。
有些廠家為了降低風(fēng)險(xiǎn),在未通知確認(rèn)的情況下,對用戶的車輛進(jìn)行BMS軟件升級,增加鎖電比例,導(dǎo)致可用電量大幅減少。這是對用戶權(quán)益的侵犯,應(yīng)當(dāng)受到處罰。
電池溫度控制
電池必須在合適的溫度中工作,因此控制電池溫度也是BMS最重要的任務(wù)之一,夏季需要散熱降溫,冬季則需要加熱保溫。電池溫度控制有風(fēng)冷和液冷兩種方式:
1、目前的新車基本全部使用液冷方式,可以保障車輛在溫度非常極端的情況下正常使用。液冷電池躺在“恒溫泳池”里,優(yōu)點(diǎn)是溫度調(diào)節(jié)能力強(qiáng),電池性能穩(wěn)定,衰減慢。
2、風(fēng)冷電池溫度控制全靠“吹”, 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,成本低;缺點(diǎn)是電池性能受環(huán)境溫度影響大,衰減快,影響壽命。
風(fēng)冷電池的車輛充電建議如下:
1)較熱的夏天盡量在室內(nèi)或地下停車場充電
2)寒冷的冬天在用車后趁熱盡快充電
得益于全球新能源汽車產(chǎn)量的快速增長,近幾年BMS系統(tǒng)的需求處于快速增長的階段。2021年全球BMS系統(tǒng)的市場規(guī)模達(dá)到33.41億美元。與2020年相比,BMS系統(tǒng)的產(chǎn)量增加了94.36%。2014年我國的BMS市場需求為8.1萬套,而2021年已增長到354.5萬套。BMS系統(tǒng)發(fā)展之迅速,可見一斑。
隨著技術(shù)的進(jìn)步和相關(guān)研究的深入,BMS系統(tǒng)將變得越來越先進(jìn),應(yīng)用也會越來越廣泛。
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