電動汽車電池管理系統(tǒng)技術(shù)趨勢及方案精選
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-28 17:46
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BMS屬于電池包一部分，電池包是新能源汽車核心能量源，為整車提供驅(qū)動電能，它主要通過金屬材質(zhì)的殼體包絡(luò)構(gòu)成電池包主體。模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)了電芯的集成，通過熱管理設(shè)計與仿真優(yōu)化電池包熱管理性能，電器部件及線束實現(xiàn)了控制系統(tǒng)對電池的安全保護及連接路徑;通過BMS實現(xiàn)對電芯的管理，以及與整車的通訊及信息交換。
BMS主要作用包括：估測電池的荷電狀態(tài)，檢測電池的使用狀態(tài)，管控電池的循環(huán)壽命。在充電過程中對電池的熱管理，啟停鋰電池的冷卻系統(tǒng)，同時也管理單體電池之間的均衡，防止單體電池過充過放產(chǎn)生危險。另外監(jiān)測整個電池的健康工作狀態(tài)。
目前電池管理系統(tǒng)有主動式均衡和被動式均衡兩種管理模式。兩種管理模式各有優(yōu)缺點，所采用的方式普遍為采集單體電池電壓，串聯(lián)電流，以及溫度以及電池組的電壓，然后將這些信號傳給運算模塊進行處理發(fā)出指令，最后將整個處理的信息指令通過CAN通訊系統(tǒng)傳送給汽車中央控制單元或整車VMS系統(tǒng)。
二、國內(nèi)車用BMS廠家淺析
國內(nèi)主流車用BMS廠家都有被動均衡技術(shù)，而且其中絕大部分都有主動均衡技術(shù)儲備。在廠家給的配置單上，主動均衡是一個“選配”功能。被動均衡的BMS裝機量較大，占據(jù)新能源汽車市場較高的份額，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主動均衡BMS的市場份額。國內(nèi)的新能源汽車主要是中低端產(chǎn)品，考慮到成本及配置需求方面，被動均衡相對較易接受。隨著新能源汽車產(chǎn)品的向高端發(fā)展，對BMS的要求也越來越高，主動均衡技術(shù)將成為未來的發(fā)展趨勢。
在軟件方面其最核心的技術(shù)在于SOC的估測算法，電動汽車動力電池的電荷狀態(tài)估測是BMS控制算法的核心所在，直接影響到電動汽車的使用壽命和運行穩(wěn)定性狀態(tài)。SOC 是BMS中最重要的參數(shù)，目前大部分BMS廠家的SOC估算精度是在5%以內(nèi)的，部分是在8%以內(nèi)。
對于BMS的技術(shù)，目前各大芯片廠家都推出了自己的解決方案，以及針對性的底層芯片，供廠家進行二次開發(fā)。常用的主流方案以及芯片有這么幾個大的廠商，TI(德州儀器)、ST(意法半導(dǎo)體)、ADI(亞德諾)、ATMEL(艾特梅爾)、Infinen(英飛凌)、Linear(凌力爾特)、Maxim(美信)等廠家。國內(nèi)的BMS企業(yè)都是在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，包括硬件設(shè)計，軟件的搭建等。
鋰離子電池組包含大量的電池單元，必須正確監(jiān)控才能提高電池效率，延長電池壽命確保安全性。方案中的 6 通道 AD7280A 器件充當(dāng)主監(jiān)控器，向系統(tǒng)演示平臺評估板提供精確的電壓測量數(shù)據(jù)，而 6 通道 AD8280 器件充當(dāng)副監(jiān)控器和保護系統(tǒng)。
AD8280 是一款用于鋰離子電池組的純硬連線安全監(jiān)控器，配合 AD7280A 使用時，可提供具有可調(diào)閾值檢測和共用或單獨報警輸出的低成本、冗余、備用電池監(jiān)控器。它具有自測功能，因此適合混合動力電動汽車等高可靠性應(yīng)用或者不間斷電源等高壓工業(yè)應(yīng)用。AD7280A 和 AD8280 均從監(jiān)控的電池單元獲得電源。
與鉛酸電池相比，鋰電池的能量密度高、壽命長、體積小、重量輕等優(yōu)點，被人們寄予替代鉛酸電池的厚望。三年前，有業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，在制造電動車領(lǐng)域，鋰電池在2015年可以替代大約20%的鉛酸電池，五年內(nèi)可以實現(xiàn)大約替代30%的鉛酸電池。然而時值今日，鋰電池實際替代鉛酸電池不到10%，而未來兩年內(nèi)要實現(xiàn)目標(biāo)看來是非常的艱難。據(jù)最近行業(yè)協(xié)會預(yù)測的數(shù)據(jù)顯示：今年鋰電車的銷量約300萬輛，而整個電動車產(chǎn)銷量約3200萬輛。那么鋰電池替代鉛酸電池的主要障礙在哪里？
鋰電池性價比優(yōu)勢并不突出。據(jù)眾多經(jīng)銷鋰電車的經(jīng)銷商反映：采用國產(chǎn)鋰電池的電動車，返修率居高不下。國內(nèi)實力雄厚的鋰電池企業(yè)與一般的中小鋰電池企業(yè)(pack)工廠制造出來的鋰電池其返修率竟然低到5%，高到13%左右的差距，價格十分的懸殊：以錳系材料的48V12Ah約500元/組左右，鎳鈷錳三元材料的鋰電池48V12Ah約650元/組左右。但是pack鋰電池48V12Ah只有約320元/組左右。但是這種pack鋰電池使用不到一年，電池容量大大衰減，已經(jīng)無法再使用。而錳系材料和三元材料的鋰電池與鉛酸相比，除了體積小與重量輕之外，其余并沒有多大的優(yōu)勢，其使用達到2年以上，電池的衰減程度已經(jīng)無法滿足行駛長距離的要求。
返修時間過長嚴(yán)重制約了消費者的使用。一旦出現(xiàn)鋰電池的故障進行返修，時間長則一個星期左右，甚至有的更長，讓消費者等待得不耐煩，失去了使用的信心。其原因是，經(jīng)銷商無法維修或更換鋰電池內(nèi)部出現(xiàn)問題的電芯，一定要通過快遞運送到制造企業(yè)，通過專業(yè)設(shè)備來進行電池的維修。這是制約鋰電池大規(guī)模替代鉛酸電池的關(guān)鍵之一。
鋰電池過于“嬌貴”，無法像鉛酸電池那樣經(jīng)得起折騰。鋰電車在使用過程中，經(jīng)不起摔扔撞擊，一旦鋰電池遭到刺穿，或者劇烈撞擊把鋰電池摔壞，鋰電池就有可能會產(chǎn)生燃燒與爆炸；鋰電池對充電器的要求很高，不能像鉛酸電池那樣隨便用馬路邊的投幣充電器來充電，一旦電流過大，擊穿鋰電池內(nèi)的保護板就有可能產(chǎn)生導(dǎo)致燃燒甚至爆炸。
由于鋰電池產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，大量的低端鋰電池沖擊著市場，使得經(jīng)銷商對鋰電車企業(yè)的選擇格外的小心謹(jǐn)慎，弄不好哪家制造企業(yè)一年半載之后就關(guān)門跑路，采購進來的鋰電車就要讓經(jīng)銷商全部兜著處理了。由此可見，鋰電池要實現(xiàn)替代鉛酸電池，如果不改變上述的問題，再過五年恐怕也很難
