什么是电动汽车电池管理系统？

创作时间:

作者:

@小白创作中心

什么是电动汽车电池管理系统？

引用

来源

https://moreday.com/zh-CN/what-is-ev-battery-management-system/

有没有想过是什么让你的电动汽车电池平稳运行？好吧，系好安全带，因为我们即将深入探讨电动汽车电池管理系统 (BMS) 的世界！这个电动汽车的无名英雄在让你的汽车上路和电池保持最佳状态方面发挥着至关重要的作用。所以，让我们打开引擎盖，探索这项迷人技术的来龙去脉。

电动汽车电池管理系统概述

电池管理系统（BMS）是由电池电子元器件和电池控制单元组成的电子设备，可控制电池输入输出电源、监测电池状态（温度、电压、充电状态）、为电池提供通讯接口等。

电池管理系统主要用于提高电池的利用率，防止电池过充过放，延长电池寿命，监控电池状态。电动汽车电池管理系统主要用于电动汽车动力电池参数的实时监控、故障诊断、SOC值估算、续航里程估算、短路保护、漏电监测、显示报警、充放电模式选择等功能，并通过CAN总线与整车控制器或充电机进行信息交换，保证电动汽车高效、可靠、安全的运行，确保车辆在使用过程中的安全。

典型电动汽车电池管理系统的主要功能

电池系统运行状态参数实时采集：实时采集电动汽车电池组中各电池的端电压及温度、充放电电流、电池组总电压。由于电池组中各电池在使用过程中性能和状态不一致，因此必须监测每节电池的电压、电流、温度数据。
确定电池的SOC值：准确估计SOC值从而可以随时预测电动汽车储能电池的剩余电量或者储能电池的SOC值，使电池SOC值控制在30%~70%工作范围内。
故障诊断与报警：当电池组电量或能量过低，需要充电时，及时发出报警，防止电池过放电，损害电池寿命；当电池组温度过高或工作不正常时，及时发出报警，保证电池的正常工作。
电池组热平衡管理：电池热管理系统是电池管理系统的有机组成部分，其作用是通过风扇、热电阻加热装置等冷却系统使电池温度保持在正常工作温度范围内。
一致性补偿：当电池之间存在差异时，有一定的措施进行补偿，以保证电池组有更强的性能，也有一定的手段显示性能较差的电池的位置，以便修复和更换。一般采用充电补偿功能。设计旁路分流电路，保证每只电池都能充满电，可以减缓电池老化的进程，延长电池的使用寿命。
通过总线实现各检测模块与中央处理单元的通讯：实现电动汽车电池管理的难点和关键在于如何通过采集的各电池的电压、温度、充放电电流等历史数据，建立较为准确的数学模型来确定各电池的剩余能量，即准确估算电动汽车电池的SOC值。

电动汽车动力电池管理系统的主要功能

电池状态监控：电池状态监控一般监控电池电压、电流和温度，包括电池温度、电池箱温度、环境温度等。电池状态监控是电池管理系统最基本的功能，是其他功能的前提和基础。
电池状态分析：电池状态分析包括电池剩余容量评估和电池老化程度评估。剩余容量评估是动力电池管理系统中最重要的功能之一，系统中的许多其他功能都依赖于剩余容量评估的结果。剩余容量常常以荷电状态（SOC）来表示。SOC是指电池中剩余电荷的可用状态，一般以百分比来表示，即电池中剩余电荷容量与电池标称荷电容量的比值。电池老化程度也常常以百分比来体现，即如果电池在“新”的时候，其最大容量为1，那么经过多次循环后，电池所能加载的最大容量相对于“新”的时候就是一个百分比。
电池安全保护：电池安全保护是电动汽车电池管理系统首要也是最重要的功能，过流保护、过充保护、过温保护是最常见的电池安全保护内容。过流保护是指在充电、放电过程中，如果工作电流超过安全值，应采取相应的安全保护措施。过充保护是指当电池的荷电状态为100%时，为防止电池继续充电对电池造成损害，切断电池的充电回路。另外，当电池的荷电状态为0时，如果继续对电池进行放电，也会对电池造成损害，此时应采取措施，切断电池的放电通路，这就是过放电保护。过温保护是动力电池在温度超过一定限度时采取的保护措施，过温保护需要考虑环境温度、电池组的温度以及每个单体电池本身的温度。
能源管理控制：能量管理控制包括电池充电控制管理、电池放电控制管理和电池均衡控制管理。电池充电控制管理是指电池管理系统在电池充电过程中对充电电压、充电电流等参数进行实时优化控制，优化目标包括充电时间、充电效率、充电充满度等。电池放电控制管理是指电池放电过程中根据电池状态控制放电电流大小。电池均衡控制管理是指采取一定的措施，尽量减少电池不一致带来的负面影响，从而优化电池组整体放电效率，延长电池组整体寿命。
电池信息管理：电池信息管理包括电池信息显示、系统内外信息交互、电池历史信息存储等。电池管理系统通常通过仪表显示电池状态信息以告知驾驶员，需要显示的信息通常包括实际电压、电流、温度信息、电池剩余电量信息及报警信息等。先进的电动汽车控制离不开车载信息通信网络，对于电池管理系统来说，往往有内联网和外联网两级网络，内联网用于传输电池管理系统内部信息，外联网用于电池管理系统与整车控制器、电机控制器等其他部件交互。历史信息存储并不是电池管理系统的必备功能，但在先进的动力电池管理系统中往往会考虑该功能。历史信息存储可以提高分析估算的准确性，有助于电池状态分析，有助于故障分析和排除故障。

电动汽车电池管理系统组成

电池管理系统基本组成如下图所示，主要由检测模块、均衡功率模块、控制模块三部分组成。

检测模块：准确实时地检测电池包中各个单体电池的电压、电流、温度等关键状态参数，并通过SPI上报给控制模块。
均衡功率模块：平衡单体电池间电压差，解决电池组的“短板效应”。
控制模块：根据既定的策略完成控制功能，实现SOC估算，并通过CAN总线向车辆其他电子单元发送电池状态数据。

电池的SOC值是通过对电流进行积分得到的，电流信号检测的准确性直接影响系统SOC值的准确性，因此要求电流转换隔离放大单元在更大的范围内具有更高的精度、更快的响应速度、更强的抗干扰能力、更好的零漂和温漂抑制能力和更高的线性度。

电池的温度是决定电池能否正常使用的关键参数，电池温度超过一定值可能会对电池造成不可逆的损坏，电池组之间的温差造成电池组各单体之间的不平衡，会降低电池的使用寿命。

电压是判断电池组好坏的重要依据，系统需要同时测量电池组的电压值和每个电池组的电压值的变化，通过算法找出有问题的电池组，因此对电压采样精度要求比较高。

电动汽车中电动机等强电磁干扰源的存在对系统的抗干扰能力提出了很高的要求，所以要求系统从硬件设计、印刷电路板制作和软件程序等方面提高其抗干扰能力。

Tesla电池管理系统介绍

特斯拉电动汽车的核心技术之一是电池管理系统。特斯拉电动汽车采用松下NCA系列18650镍钴铝酸锂电池串并联能源包作为动力源，每辆特斯拉Model S使用了约8,000个电芯。特斯拉坚持不使用大容量电芯，是因为小容量18650锂电池技术成熟、成本低、安全，一旦某个电芯发生热失控，不易影响周边电芯。但8,000个小电芯组合成一个电池组，会大大增加电芯间的不一致性，造成电芯温度、电量、电压不平衡，导致个别电芯过充、过放，产生静电反应，从而降低电池组的寿命和安全性。

特斯拉电池管理系统功能

充电平衡系统，有效剔除18650故障电芯：特斯拉自主研发的电芯充电平衡系统，可以有效剔除故障电芯，保证整车的安全性能。特斯拉电池组后部安装有一块印刷电路板，内置有多个电源开关。每个电源开关的一端连接一个18650电芯，另一端连接一个中型集电器（电芯电量监测器）。当电池组中某个电池因为过充、过放或者高温等原因，充电量不如其他电池时，集电器就会在电芯之间进行能量转移，防止它们的电压超出安全范围而发生异常变化。
电池温度管理系统提升整车安全性能：特斯拉的核心知识产权多与电池安全控制系统有关，包括电池冷却系统、安全系统、充电平衡系统等。电池温度管理系统又包括电池组温度检测系统和电池组液体冷凝系统。特斯拉汽车电池组中的每个单体电池都连接着一个热敏电阻和一系列光纤，而热敏电阻连接着电池监视器，光纤连接着光传感器。当单体电池的温度超过安全标准时，热敏电阻就会产生电信号给电池监视器，启动电池冷凝系统，保证电池安全性能。特斯拉自研的单体液体冷凝系统是一种双模式冷却系统，其中第一个冷却回路专门用于冷却电池组。电池回路将电池组与冷却泵连接起来，回路中充满冷却液，并有多个冷却管道延伸覆盖每个单体电池。第一冷却回路将热控系统、通风设备等散热装置与电池组热管理系统连接起来，从而保证每个单体电池的温度在其安全值以下，保证其散热和安全性能。第二冷却回路包括第二冷却液储罐并与至少一个旋转部件进行热交换，且独立于第一冷却回路，保证电池组冷却系统的独立性。