鋰電池組BMS架構(gòu)，鋰電池管理系統(tǒng)BMS知識2021-08-10 07:58
鋰電池組BMS架構(gòu)，鋰電池管理系統(tǒng)BMS知識。電動汽車的動力輸出依靠電池，而鋰電池管理系統(tǒng)BMS則是其中的核心，負責(zé)控制電池的充電和放電以及實現(xiàn)電池狀態(tài)估算等功能。鋰電池管理系統(tǒng)可以保障動力鋰電池組的使用安全，是鋰動力電池管理系統(tǒng)的首要任務(wù)。很多人由于不是本專業(yè)，對電池等相關(guān)的知識一點都不懂。但是現(xiàn)在混動、電動這么火，如果不懂一點，也說不過去。本文將介紹鋰電池管理系統(tǒng)BMS知識，讓你擺脫電池小白的處境。
鋰電池組BMS架構(gòu)
鋰電池組BMS硬件的拓撲結(jié)構(gòu)分為集中式和分布式兩種類型：
(1)集中式是將所有的電氣部件集中到一塊大的板子中，采樣芯片通道利用最高且采樣芯片與主芯片之間可以采用菊花鏈通訊，電路設(shè)計相對簡單，產(chǎn)品成本大為降低，只是所有的采集線束都會連接到主板上，對BMS的安全性提出更大挑戰(zhàn)，并且菊花鏈通訊穩(wěn)定性方面也可能存在問題。比較合適電池包容量比較小、模組及電池包型式比較固定的場合。
(2)分布式包括主板和從板，可能一個電池模組配備一個從板，這樣的設(shè)計缺點是如果電池模組的單體數(shù)量少于12個會造成采樣通道浪費(一般采樣芯片有12個通道)，或者2-3個從板采集所有電池模組，這種結(jié)構(gòu)一塊從板中具有多個采樣芯片，優(yōu)點是通道利用率較高，節(jié)省成本，系統(tǒng)配置的靈活性，適應(yīng)不同容量、不同規(guī)格型式的模組和電池包。
鋰電池管理系統(tǒng)BMS的任務(wù)
電池管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證電池系統(tǒng)的設(shè)計性能，可以分解成如下三個方面：
1)安全性，保護電池單體或電池組免受損壞，防止出現(xiàn)安全事故；
2)耐久性，使電池工作在可靠的安全區(qū)域內(nèi)，延長電池的使用壽命；
3)動力性，維持電池工作在滿足車輛要求的狀態(tài)下。
鋰電池管理系統(tǒng)BMS功能
一般而言電動汽車電池管理系統(tǒng)要實現(xiàn)以下幾個功能：
1、準(zhǔn)確估測動力電池組的荷電狀態(tài)：
準(zhǔn)確估測動力鋰電池組的荷電狀態(tài)，即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時預(yù)報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態(tài)。
2、動態(tài)監(jiān)測動力電池組的工作狀態(tài)：
在電池充放電過程中，實時采集電動汽車蓄(應(yīng)該為動力電池組)電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性，使剩余電量估計模型的實現(xiàn)成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。
3、單體電池間、電池組間的均衡：
即在單體電池、電池組間進行均衡，使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài)。電池均衡一般分為主動均衡、被動均衡。目前已投入市場的BMS，大多采用的是被動均衡。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
鋰電池管理系統(tǒng)故障
電池管理系統(tǒng)故障包括CAN通信故障、總電壓測量故障、單體電壓測量故障、溫度測量故障、電流測量故障、繼電器故障、加熱器故障和冷卻系統(tǒng)故障等。
線路或連接件故障線路或連接件故障的診斷對于確保行車安全和整車的可靠性同樣重要。例如，因為車輛的振動，電池間的連接螺栓可能會出現(xiàn)松動，電池間接觸電阻增大，發(fā)生電池間虛接故障，以致電池組內(nèi)部能量損耗增加，造成車輛動力不足和續(xù)駛里程短，在極端情況下還能引起高溫，產(chǎn)生電弧，熔化電池電極和連接片，甚至造成電池著火等極端電池安全事故。
在電動汽車運行過程中，單體電池之間可能發(fā)生相對跳動，造成兩電池間的連接片折斷。電池箱和電動汽車的電氣連接也是故障的高發(fā)點，電插接器在經(jīng)歷長時間振動后容易產(chǎn)生虛接，出現(xiàn)易燒蝕、接觸不良等故障。
總之，在電池管理系統(tǒng)電路中需要考慮的因素有很多，特別是那些決定封裝限制的因素。當(dāng)封裝設(shè)計思想?yún)R聚在一起時，考慮一下也有可能產(chǎn)生機械影響的電子線路與信息流的結(jié)構(gòu)同樣也是很重要。BMS控制方法作為動力電池中心控制思想，直接影響動力電池的使用壽命及電動汽車的安全運行與整車性能。對續(xù)航具有重大的影響，決定著新能源汽車的未來，做好鋰電池管理系統(tǒng)，將極大的促進新能源汽車的發(fā)展。
鋰電池組BMS架構(gòu)
鋰電池組BMS硬件的拓撲結(jié)構(gòu)分為集中式和分布式兩種類型：
(1)集中式是將所有的電氣部件集中到一塊大的板子中，采樣芯片通道利用最高且采樣芯片與主芯片之間可以采用菊花鏈通訊，電路設(shè)計相對簡單，產(chǎn)品成本大為降低，只是所有的采集線束都會連接到主板上，對BMS的安全性提出更大挑戰(zhàn)，并且菊花鏈通訊穩(wěn)定性方面也可能存在問題。比較合適電池包容量比較小、模組及電池包型式比較固定的場合。
(2)分布式包括主板和從板，可能一個電池模組配備一個從板，這樣的設(shè)計缺點是如果電池模組的單體數(shù)量少于12個會造成采樣通道浪費(一般采樣芯片有12個通道)，或者2-3個從板采集所有電池模組，這種結(jié)構(gòu)一塊從板中具有多個采樣芯片，優(yōu)點是通道利用率較高，節(jié)省成本，系統(tǒng)配置的靈活性，適應(yīng)不同容量、不同規(guī)格型式的模組和電池包。
鋰電池管理系統(tǒng)BMS的任務(wù)
電池管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證電池系統(tǒng)的設(shè)計性能，可以分解成如下三個方面：
1)安全性，保護電池單體或電池組免受損壞，防止出現(xiàn)安全事故；
2)耐久性，使電池工作在可靠的安全區(qū)域內(nèi)，延長電池的使用壽命；
3)動力性，維持電池工作在滿足車輛要求的狀態(tài)下。
鋰電池管理系統(tǒng)BMS功能
一般而言電動汽車電池管理系統(tǒng)要實現(xiàn)以下幾個功能：
1、準(zhǔn)確估測動力電池組的荷電狀態(tài)：
準(zhǔn)確估測動力鋰電池組的荷電狀態(tài)，即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時預(yù)報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態(tài)。
2、動態(tài)監(jiān)測動力電池組的工作狀態(tài)：
在電池充放電過程中，實時采集電動汽車蓄(應(yīng)該為動力電池組)電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性，使剩余電量估計模型的實現(xiàn)成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。
3、單體電池間、電池組間的均衡：
即在單體電池、電池組間進行均衡，使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài)。電池均衡一般分為主動均衡、被動均衡。目前已投入市場的BMS，大多采用的是被動均衡。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
鋰電池管理系統(tǒng)故障
電池管理系統(tǒng)故障包括CAN通信故障、總電壓測量故障、單體電壓測量故障、溫度測量故障、電流測量故障、繼電器故障、加熱器故障和冷卻系統(tǒng)故障等。
線路或連接件故障線路或連接件故障的診斷對于確保行車安全和整車的可靠性同樣重要。例如，因為車輛的振動，電池間的連接螺栓可能會出現(xiàn)松動，電池間接觸電阻增大，發(fā)生電池間虛接故障，以致電池組內(nèi)部能量損耗增加，造成車輛動力不足和續(xù)駛里程短，在極端情況下還能引起高溫，產(chǎn)生電弧，熔化電池電極和連接片，甚至造成電池著火等極端電池安全事故。
在電動汽車運行過程中，單體電池之間可能發(fā)生相對跳動，造成兩電池間的連接片折斷。電池箱和電動汽車的電氣連接也是故障的高發(fā)點，電插接器在經(jīng)歷長時間振動后容易產(chǎn)生虛接，出現(xiàn)易燒蝕、接觸不良等故障。
總之，在電池管理系統(tǒng)電路中需要考慮的因素有很多，特別是那些決定封裝限制的因素。當(dāng)封裝設(shè)計思想?yún)R聚在一起時，考慮一下也有可能產(chǎn)生機械影響的電子線路與信息流的結(jié)構(gòu)同樣也是很重要。BMS控制方法作為動力電池中心控制思想，直接影響動力電池的使用壽命及電動汽車的安全運行與整車性能。對續(xù)航具有重大的影響，決定著新能源汽車的未來，做好鋰電池管理系統(tǒng)，將極大的促進新能源汽車的發(fā)展。
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