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BMS电池管理系统讲解
2019-06-13 熊猫硬件
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BMS是电动汽车电池管理系统是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。BMS实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息,与外部设备如整车控制器交换信息,解决锂电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题。主要作用是为了能够提高电池的利用率,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。通俗的讲,就是一套管理、控制、使用电池组的系统。

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一、什么是BMS系统 

1、锂离子电池使用范围受限;

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彩95官网对于锂离子电池,其理想的工作范围受限很大,并不宽泛.因此,锂离子电池在应用过程中必须进行管理,尤其在动力电池的应用场景下.

2.安全问题

Distortion 变形

Swelling 鼓胀

Flaming 着火

彩95官网Explosion 爆炸



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过压(过充)、过流和过温,会给锂离子电池带来一系列的安全隐患。

3.性能管理

锂电池电池的外特性表现与其自身的状态( SOC/SOH/温度)及环境温度有很大的关系。

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4.寿命

Temperature factor 环境因素

Voltage factor (SOC & ∆SOC) 电压因素(SOC窗口)

Current factor 电流因素

高SOC及高温环境下,会加剧电池不可逆的容量损失

5.一致性

Capacity 容量

彩95官网Impedance 阻抗

Self-discharge rate 自放电率



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要求电池包内所有的电芯完全一致是几乎不可能的事情,这就意味着各电芯间会存在着不一致的工作条件(内阻/发热量/SOC区间)及不同的老化率,所以需要均衡管理。

二、BMS主要任务是什么? 

BMS主要任务:

电池状态监测

电池状态分析

电池安全保护

能量控制管理

电池信息管理

……


BMS需要避免动力电的超范围滥用,保证动力电池安全可靠、高效及长寿命的运行。


三、BMS系统简介

1.1 BMS系统架构

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一种典型BMS系统架构

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BMS系统架构

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主从式BMS拓扑结构

Local ECU layer

彩95官网Management of 6-12 cells in a module

Communication via CAN or daisy-chain

Voltage monitor for every cells

Multi-points temperature monitor

彩95官网Passive balance or active balancing

Function realization by MCU or ASIC

是否采用菊花链式通讯?

Advantages

彩95官网No isolator for each LECU

Easy harness for system

Low cost

彩95官网Disadvantages

彩95官网EMI/EMC problem for vertical bus

Limited range

Break on daisy-chain cause the interruption of whole communication


两种方案成本对比

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四、BMS功能清单和数据采样要求

把BMS功能分为三大部分

BMS基础功能:V/I/T采样,保护功能(过压、过流、过温、绝缘电阻),继电器驱动,状态采样,继电器粘连检测,CAN通信;

彩95官网BMS核心功能:电芯均衡、SOP(功率)、SOE(能量)、SOC(荷电状态),SOH(健康程度);

BMS应用相关:碰撞信号检测、交/直流充电、充电器状态检测、热状态、加热/冷却需求、预充、唤醒/休眠、与VCU通信;

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BMS的剩余容量估算是BMS的核心内容也一直是业界难点。首先它是一个估算值,根据电池组电压,电流,放电倍率,温度等因素经过算法计算得出的值,这就要求你的系统先要采集的足够准,足够快才能保证最后的结果准确。可是这又和你主控芯片的处理速度,AFE的精度,采集电流的方案选择,温度传感器的精度。还有从系统整体考量采样频率的大小诸多因素有关。选用高处理速度高精度的芯片势必会增加成本,采样频率越快系统负荷也越大,所以目前技术条件下大家都是参考自己具体项目来权衡各方面因素

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根据V/I/T测量值,估算内阻 容量然后估算出SOC和SOH 综合SOC和SOH得出SOP可用功率最终反应到用户那里就是剩余可行驶里程数;

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估算值精度的行业通用要求如下

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数据采样要求

数据采集延时/同步性问题

BMS A/D转化 100μs

彩95官网通讯网络 2+8个字节的问答帧~0.3ms

BMS资源协调和调度

带来的问题

快充安全问题

均衡效果差

状态估计算法精度

建议

彩95官网根据信号特征选采样频率(5~10 fmax)

不同的物理量,不同采样频率(I最高,T最低)

彩95官网信息上报需要系统考虑,避免误报

数据采集精度问题

电流采集精度决定SOC精度

电压精度影响SOC、安全

电压精度决定均衡效果

建议

精度并非越高越好

避免成本过高

过度依靠精度,降低系统可靠性

彩95官网合适的精度,需要充分论证和验证

V/I/T精度要求

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彩95官网国标QCT897中的规定如下一般企业标准都会比这个高一点

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