電池管理系統(tǒng)(Battery Management System,簡稱BMS)是連接電池和電動汽車的重要紐帶,其精準的控制和管理為電池的完美應用保駕護航。
“龍生九子,各有不同”。即使同一批次生產(chǎn)的兩個單體電芯,因生產(chǎn)工藝誤差、使用環(huán)境差異等,其性能也不可能完全一致;在使用過程中這種不一致性會逐漸擴大,可能會出現(xiàn)過充、過放和局部過熱的危險,嚴重時影響到電池組的使用壽命和安全。
這時就需要BMS大顯身手。
那么問題來了,BMS主要做什么?
關(guān)于BMS的功能,行業(yè)內(nèi)關(guān)于其分類方式不盡相同。不過從用戶的角度來理解,可大致劃分為兩大功能—— “電池體檢”和“安全衛(wèi)士”。
即時體檢
精準掌握電池狀態(tài)
即時“體檢”,指的是電池數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)評估。
數(shù)據(jù)采集,可簡單理解為給電池做例行的“體檢”;在充放電過程中,實時采集電池組中每塊電池的端電壓、溫度、充放電電流及總電壓,防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。
這種“體檢”是在線的、持續(xù)的、不間斷的。過程中當發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時,可及時查詢對應電池狀況,并挑選出有問題的電池,從而保持整組電池運行的可靠性和高效性。
工程師在采集數(shù)據(jù),觀測車輛在充電狀態(tài)下的電流、電壓、SOC的變化寧德時代掌握業(yè)內(nèi)的高測量技術(shù),總流總壓可達千分之五;采樣數(shù)據(jù)很高,通過實時了解電池真實工作狀態(tài),及時做出判斷與修正。
“體檢”結(jié)束之后,會進入分析、診斷、計算的階段,之后生成“體檢”,這個過程可以理解為電池的狀態(tài)評估。
這時,我們需要了解一個行業(yè)的常用術(shù)語——SOC。
何為SOC?
電池組的荷電狀態(tài) (State of Charge,即SOC),即電池剩余電量。SOC是判斷電池過充及過放等一系列故障的基礎(chǔ),的估算SOC,可防止電池過充和過放,延長電池的使用壽命,從而提高電池的利用率。
其實,除了SOC估算,還有SOH(State of Health),SOP(State of Power),用戶可通過車上儀表顯示,看到這些數(shù)據(jù),從而確認電池的工作、功能狀態(tài)。據(jù)此,在保護電池的基礎(chǔ)上,將潛力發(fā)揮化,大大提升駕乘體驗。
因此SOC等數(shù)據(jù)估算的準確與否,就顯得特別重要。估算不準帶來的后果,有可能是汽車拋錨、與預期的行駛里程數(shù)不符等。
車輛正在進行快充實驗時,SOC顯示52%
舉個例子,滿電情況下續(xù)航里程為400公里的車輛在道路行駛。若估算準確,當SOC顯示為10%時,還可能行駛的里程是40公里;若估算不準,SOC達到15%,則用戶以為的里程為60公里,事實上可能在行駛40公里之后,就已經(jīng)沒電了。很顯然,對于用戶來說,這樣的情況很糟糕。
關(guān)于電池狀態(tài)的估算,需要經(jīng)過一系列復雜的計算。寧德時代掌握了的算法,通過基于電池參數(shù)的估算方法,有效消除累積誤差的影響,估算更。NCM估算度在3%,LFP在5%左右。
“安全衛(wèi)士”
保護電池及人身安全
BMS還有另一大功能,就是“安全衛(wèi)士”。其實就是保護的作用,這包括電池的自我保護和人身安全的保護。
眾所周知,電池過充、過放會帶來局部過熱,影響電池壽命不說,嚴重時會威脅到電池組的安全,進而引發(fā)人身安全隱患。這時,BMS的“充放電管理”模塊就開啟了保護職能,一方面與整車、充電機實現(xiàn)通訊,另一方面實時提供電池狀態(tài),便于及時發(fā)出指令控制,有效防止高充、低放的發(fā)生。
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工程師在-30℃的黑河進行樣車冬季測試
在保護電池的模塊,均衡也是很重要的一環(huán),是保護并提升電池壽命的必要手段。另外,電池的保護還包括過壓、欠壓、過溫、過流等的保護。簡單來說,當實際參數(shù)高于或低于某約定值時,系統(tǒng)將自動做出判斷,并采取斷開、預充等方式保護電池安全。
在人身安全方面,BMS通過高壓控制的手段來保護。電池高壓可達300-500V,遠超人體安全電壓36V,風險隱患極大,必須做好高壓控制,常見的就是繼電器、高壓互鎖、絕緣防護。周全的高壓防護控制,可有效保護司機、乘客和維護人員的人身安全。
提到安全,就不得不提功能安全了。寧德時代始終以做安全電池為發(fā)展目標,是業(yè)內(nèi)率先進入功能安全領(lǐng)域,同時為完善的電池企業(yè)。
在整個平臺開發(fā)過程中,BMS嚴格遵守并滿足國際標準ISO26262,項目經(jīng)驗豐富,先后在寶馬、大眾及PSA項目中進行了功能安全管理及開發(fā);功能安全逐步形成寧德時代的代差優(yōu)勢,也獲得了更多國內(nèi)外整車廠的認可。
在設(shè)計階段,寧德時代力求實現(xiàn)ASIL:D級別目標。如何理解?
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