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对国产电池管理系统产品技术的解析

更新日期:2017-11-14 15:11:44

动力电池是电动汽车关键技术之一,必须配备电池管理系统(BMS)。这对初入行的工程技术人员而言,感到迷惑。以前干电池、燃油车上启动电池,都没有听说过什么“电池管理系统(BMS)”的这个说法。为什么到动力电池用到汽车上,必须要配电池管理系统(BMS)产品了?笔者拿到了一款国产电池管理系统(BMS)产品技术说明书资料,结合这款产品,进行解析,大家参考。

  一、为什么要电池管理系统(BMS)?

  从硬件上说,动力电池系统结构的最小单元是电池单体,基本单位是模组,模组再组装成电池箱,电池箱连接其起来为电池系统。其基本原理是按一定技术要求串(并)联起来的。

  从构成结构上说,电池电池对外一个完整的产品,但是内部结构连接起来,工艺十分复杂,除了电池单体、模组、电池箱等硬件本身的连接,还有电池恒温系统、安全防火系统。这些子系统,与动力电池之间也要交换信息,必须有机协调起来。如何能协调好呢?自然就提出要有管理要求,这里管理是指计算机管理级系统,于是产生电池管理系统(BMS)。

  二、电池管理系统(BMS)的基本功能

  ①管理电池类别:磷酸铁锂电池、锰酸锂、咕酸锂、铅酸等类型电池及超级电容等动力电池;

  ②监测并指示电池/电容状况(电压、温度、电流、剩余能量)、在异常情况下向用户发出报警信号(声光);

  ③根据控制策略切断电力传送链路,可以保护电池安全;

  ④能量均衡作用,使得系统中电池剩余能量趋于一致,延长系统的整体放电时间,从而延长电池使用寿命;

  (说明:②是基本功能;③要有一定工程积累;④技术难度较大;)

  三、电池管理系统(BMS)的基本功能逻辑框图

  基本功能逻辑框图,如图1所示。

 

对国产电池管理系统产品技术的解析

图1 厂家实际产品说明书资料(1)

 

  ①显示模块负责显示电池的数据、给出声光报警、记录数据。

  ②中控模块负责 SOC 计算、产生各类报警数据、控制充放电电路、测量高压线路绝缘性能。

  ③终端模块负责测量电池电压及温度、均衡电池能量、控制电池箱风扇。

 

对国产电池管理系统产品技术的解析

图2 厂家实际产品说明书资料(2):终端模块硬件框图

 

  四、安装工艺解析

  从产品(图3)外壳上看,采用了轻量化设计,用了铝拉伸工艺,符合汽车级IP要求;

 

对国产电池管理系统产品技术的解析

图3 厂家实际产品说明书资料(3):产品外形实物

 

  从接口(图4)上,接插比较方便,便于安装和维护,使用2个M6六角螺栓固定模块,为侧面引线,引线处要留足够空间,符合主机厂生产线的要求。

 

对国产电池管理系统产品技术的解析

图4 厂家实际产品说明书资料(3):采用接插件接口

 

  五、主被动式一体均衡功能

  这一款产品的介绍的,是主被动式一体均衡功能,均衡电流50Ma。当充电时BMS切换成耗能式均衡模式,即将容量比较足的电池进行放电。当放电时BMS切换成补电式均衡模式,即将容量比较低的电池进行充电。延长电池组使用寿命。 却没有系统而详细介绍其原理及技术,下面是均衡充电曲线,如图5所示。

 

对国产电池管理系统产品技术的解析

图5 均衡充电图

 

  电池管理系统(BMS)产品,中外厂家都对外宣称,有被动均衡、主动均衡功能。笔者听过关日本大公司的介绍,动力电池主动均衡技术已经实现,但是比较复杂,成本较高,目前还没有用商品上来。

  六、充电控制策略介绍

  充电设置了3重控制:前导时间控制,温度控制,电压控制,最后的充电电流取3者中的最小者。其基本策略是:

  ①初始充电时,不要一下子将充电电流加到额定充电电流,最好有个逐步递升的过程。这款产品在设定的前导时间内,将充电电流线性提升到额定电流;

  ②当最高单体电压达到报警门槛时,充电电流不能太大,否则电池电压很容易越过严重的门槛,处于危险之中。所以充电电流跟最高单体电压有个对应关系;

  ③在低温时,充电会严重影响电池的性能,所以充电电流还需要有一个由温度控制的关系。

  七、笔者的体会

  通过对这款国产电池管理系统(BMS)产品技术的解析,有如下体会:

  ①国产电池管理系统(BMS)产品进步很快,已经出口到电动汽车技术先进的国家,产品层面能达到IP级别;

  ②国产电池管理系统(BMS)产品,在控制策略方面,更适宜中国电动汽车使用环境;

  ③国产电池管理系统(BMS)产品在轻量化和集成上做了大量有成效工作,得到越来越多用户的肯定;

  ④国产电池管理系统(BMS)产品里芯片主要还是国外的;

  ⑤国产电池管理系统(BMS)产品供应商服务响应比较快,产品价格有比较优势,质量是越来愈好。

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