電池管理系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)三大核心功能？看看它是怎樣應(yīng)用的！
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-20 00:09
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續(xù)航里程是我們關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵衡量指標(biāo)之一。續(xù)航里程越長(zhǎng)，電動(dòng)汽車(chē)也就更實(shí)用。傳統(tǒng)上，由于電池組體積較大，續(xù)航里程較長(zhǎng)，而汽車(chē)成本更高;但如今每千瓦時(shí)成本的下降意味著，配備大電池組的新車(chē)與配備小電池組的舊車(chē)成本相同。汽車(chē)買(mǎi)家必須知道電動(dòng)汽車(chē)是否有足夠的續(xù)航里程到達(dá)他們的辦公室、購(gòu)物中心，或者城市周邊地區(qū)的親戚家。換句話(huà)說(shuō)，我們需要一個(gè)可靠的電動(dòng)汽車(chē)行駛里程估算，同樣，我們需要了解是在什么樣的標(biāo)準(zhǔn)下估算的，從而可以得知哪些電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航里程有“水分”。
關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)的里程范圍，說(shuō)得比較多的有WLTP工況，美國(guó)EPA工況，歐盟NEDC工況，日本JC08工況(影響汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的因素有很多，例如電池的使用狀況、交通路況與氣候、駕駛習(xí)慣以及是否開(kāi)空調(diào)等，這些因素專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為“工況”)。WLTP為全球統(tǒng)一輕型汽車(chē)測(cè)試規(guī)程，由WLTC循環(huán)和測(cè)試規(guī)程兩大部分組成，WLTC測(cè)試循環(huán)分為低速、中速、高速與超高速四部分;EPA是全球最嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，所測(cè)試的項(xiàng)目、內(nèi)容強(qiáng)度和細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)之多;針對(duì)純電續(xù)航里程測(cè)試，NEDC與EPA的續(xù)航測(cè)試結(jié)果差距在10-15%左右;JC08僅在日本地區(qū)，全球的主流測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)以EPA和NEDC為主。目前國(guó)內(nèi)的工況標(biāo)準(zhǔn)基本上是參考NEDC標(biāo)準(zhǔn)制定。
EPA如何評(píng)估電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程?
想要購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)的人在很大程度上依賴(lài)于EPA(美國(guó)環(huán)保署)對(duì)該車(chē)型的評(píng)級(jí)。里程范圍尤其重要。盡管它是在實(shí)驗(yàn)室中計(jì)算出來(lái)的，而且可能無(wú)法反映現(xiàn)實(shí)世界中一個(gè)真正的司機(jī)能走多遠(yuǎn)，但它仍然提供了一個(gè)有用的衡量標(biāo)準(zhǔn)，讓消費(fèi)者能夠?qū)⒁惠v電動(dòng)汽車(chē)與另一輛進(jìn)行比較。
續(xù)航里程是每輛新車(chē)廠(chǎng)商標(biāo)牌上必定出現(xiàn)的信息之一。廠(chǎng)商標(biāo)牌價(jià)(MSRP)以俄克拉荷馬州參議員Monroney命名，他于1958年提出立法，要求制造商披露其汽車(chē)價(jià)格。從那以后，廠(chǎng)商標(biāo)牌增加了許多對(duì)購(gòu)物者來(lái)說(shuō)很重要的其它信息。
那么EPA如何得出電動(dòng)車(chē)?yán)锍虜?shù)字的呢?根據(jù)MyEV.com，每輛電動(dòng)汽車(chē)都充滿(mǎn)電，然后在室內(nèi)放置一夜。第二天，再把這輛電動(dòng)車(chē)放在一個(gè)測(cè)功機(jī)上，這是一種汽車(chē)跑步機(jī)。然后通過(guò)一套模擬城市或高速公路的駕駛標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)。
城市循環(huán)模擬了典型的高峰時(shí)段通勤，有許多停車(chē)和開(kāi)車(chē)以及堵車(chē)時(shí)段。高速公路協(xié)議模擬在鄉(xiāng)村道路和州際高速公路上行駛，沿途沒(méi)有任何?？奎c(diǎn)。當(dāng)測(cè)試車(chē)的電池耗盡時(shí)，再將其充電到100%狀態(tài)，并且仔細(xì)測(cè)量所需的充電時(shí)間。EPA使用的公式相當(dāng)于一加侖汽油的能量等于33.705千瓦時(shí)的電力，計(jì)算出的MPGe是衡量一輛汽車(chē)效率的一種方法。
比如，現(xiàn)代在城市駕駛中獲得150MPGe的評(píng)級(jí)，在高速公路上獲得122MPGe。特斯拉Model3長(zhǎng)續(xù)航版136MPGe城市，123MPGe高速公路。為了進(jìn)行比較，雪佛蘭Bolt被評(píng)為128MPGe城市和110MPGe高速公路。城市/高速公路的綜合評(píng)級(jí)是一個(gè)加權(quán)平均值，其中城市數(shù)量占55%，高速公路數(shù)量占45%。
電動(dòng)汽車(chē)的廠(chǎng)商標(biāo)牌還列出了行駛100英里需要多少千瓦時(shí)的電力。EPA表示，這個(gè)數(shù)字實(shí)際上是比較電動(dòng)汽車(chē)的一種更準(zhǔn)確方式。
隨著電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，以及政府的政策鼓勵(lì)與扶持，電動(dòng)汽車(chē)（混動(dòng)＋純電動(dòng)）以每年超過(guò)50％的速度高速增長(zhǎng)，電池以及電池管理系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)的核心組件，其市場(chǎng)需求也獲得相應(yīng)的快速增長(zhǎng)。本文將就電池管理系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的需求進(jìn)行分析
電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，即BMS）主要實(shí)現(xiàn)三大核心功能：電池充放電狀態(tài)的預(yù)測(cè)和計(jì)算（即SOC）、單體電池的均衡管理，以及電池健康狀態(tài)日志記錄與診斷。
在整個(gè)電池管理系統(tǒng)中，電池荷電狀態(tài)的預(yù)測(cè)和計(jì)算（即SOC）是其最重要的功能，因?yàn)橛辛司_的電池充電／放電狀態(tài)的預(yù)測(cè)／計(jì)算，才能進(jìn)行有效均衡管理。所以，SOC精準(zhǔn)度的要求是越高越好。
為了提高SOC的精準(zhǔn)度，除了要采集電池的電壓、電流參數(shù)，還需要提供諸如阻抗、溫度、環(huán)境溫度、充放電時(shí)間等多種參數(shù)。電池固有參數(shù)會(huì)通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方式，建立軟件模型，而動(dòng)態(tài)參數(shù)則通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)的采集數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地把數(shù)據(jù)傳輸至MCU單元存儲(chǔ)，然后MCU對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法計(jì)算，從而得出精確的電池荷電狀態(tài)。
因此，SOC功能會(huì)將不同電池的模型存入存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器需具有低功耗、快速讀寫(xiě)、接口簡(jiǎn)單以及數(shù)據(jù)保持時(shí)間達(dá)到20年的要求；SOC功能需要采集卡不停地實(shí)時(shí)將采集的電池電壓／電流數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，假如一個(gè)MCU單元，對(duì)接10路單體電池的采集數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)卡一般會(huì)采用1MB的isoSPI總線(xiàn)進(jìn)行通信，即對(duì)于MCU單元的存儲(chǔ)器，接口速率要求高且?guī)缀趺棵胫卸家M(jìn)行一次數(shù)據(jù)寫(xiě)操作；而電池的壽命要求至少是10年，假如一臺(tái)車(chē)運(yùn)行時(shí)間是8小時(shí)，那么MCU單元的存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寫(xiě)操作在電池包生命周期內(nèi)的寫(xiě)次數(shù)為1億5百萬(wàn)次。
綜上分析可見(jiàn)，BMS里面的SOC功能非常關(guān)鍵，所以其對(duì)存儲(chǔ)器的性能與可靠性也是非常高：必須是非易失性的存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù)至少要超過(guò)1．1億次，接口速率大于8MHz，低功耗且數(shù)據(jù)能夠可靠保存20年的時(shí)間，需要符合AECQ－100，未來(lái)需要通過(guò)功能安全認(rèn)證，至少具有ASILB等級(jí)。
目前主流的非易失性的存儲(chǔ)器有EEPROM、Flash以及F－RAM。EEPROM的接口有SPI接口，速率可以做到10Mhz，但是每次寫(xiě)都有一個(gè)5ms寫(xiě)等待時(shí)間，擦寫(xiě)次數(shù)是1百萬(wàn)次，功耗中等，有車(chē)規(guī)級(jí)器件，但是目前未做功能安全認(rèn)證，數(shù)據(jù)保持能力也可以做到20年。
關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)的里程范圍，說(shuō)得比較多的有WLTP工況，美國(guó)EPA工況，歐盟NEDC工況，日本JC08工況(影響汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的因素有很多，例如電池的使用狀況、交通路況與氣候、駕駛習(xí)慣以及是否開(kāi)空調(diào)等，這些因素專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)稱(chēng)之為“工況”)。WLTP為全球統(tǒng)一輕型汽車(chē)測(cè)試規(guī)程，由WLTC循環(huán)和測(cè)試規(guī)程兩大部分組成，WLTC測(cè)試循環(huán)分為低速、中速、高速與超高速四部分;EPA是全球最嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，所測(cè)試的項(xiàng)目、內(nèi)容強(qiáng)度和細(xì)分標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)之多;針對(duì)純電續(xù)航里程測(cè)試，NEDC與EPA的續(xù)航測(cè)試結(jié)果差距在10-15%左右;JC08僅在日本地區(qū)，全球的主流測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)以EPA和NEDC為主。目前國(guó)內(nèi)的工況標(biāo)準(zhǔn)基本上是參考NEDC標(biāo)準(zhǔn)制定。
EPA如何評(píng)估電動(dòng)汽車(chē)的行駛里程?
想要購(gòu)買(mǎi)電動(dòng)汽車(chē)的人在很大程度上依賴(lài)于EPA(美國(guó)環(huán)保署)對(duì)該車(chē)型的評(píng)級(jí)。里程范圍尤其重要。盡管它是在實(shí)驗(yàn)室中計(jì)算出來(lái)的，而且可能無(wú)法反映現(xiàn)實(shí)世界中一個(gè)真正的司機(jī)能走多遠(yuǎn)，但它仍然提供了一個(gè)有用的衡量標(biāo)準(zhǔn)，讓消費(fèi)者能夠?qū)⒁惠v電動(dòng)汽車(chē)與另一輛進(jìn)行比較。
續(xù)航里程是每輛新車(chē)廠(chǎng)商標(biāo)牌上必定出現(xiàn)的信息之一。廠(chǎng)商標(biāo)牌價(jià)(MSRP)以俄克拉荷馬州參議員Monroney命名，他于1958年提出立法，要求制造商披露其汽車(chē)價(jià)格。從那以后，廠(chǎng)商標(biāo)牌增加了許多對(duì)購(gòu)物者來(lái)說(shuō)很重要的其它信息。
那么EPA如何得出電動(dòng)車(chē)?yán)锍虜?shù)字的呢?根據(jù)MyEV.com，每輛電動(dòng)汽車(chē)都充滿(mǎn)電，然后在室內(nèi)放置一夜。第二天，再把這輛電動(dòng)車(chē)放在一個(gè)測(cè)功機(jī)上，這是一種汽車(chē)跑步機(jī)。然后通過(guò)一套模擬城市或高速公路的駕駛標(biāo)準(zhǔn)來(lái)執(zhí)行駕駛?cè)蝿?wù)。
城市循環(huán)模擬了典型的高峰時(shí)段通勤，有許多停車(chē)和開(kāi)車(chē)以及堵車(chē)時(shí)段。高速公路協(xié)議模擬在鄉(xiāng)村道路和州際高速公路上行駛，沿途沒(méi)有任何?？奎c(diǎn)。當(dāng)測(cè)試車(chē)的電池耗盡時(shí)，再將其充電到100%狀態(tài)，并且仔細(xì)測(cè)量所需的充電時(shí)間。EPA使用的公式相當(dāng)于一加侖汽油的能量等于33.705千瓦時(shí)的電力，計(jì)算出的MPGe是衡量一輛汽車(chē)效率的一種方法。
比如，現(xiàn)代在城市駕駛中獲得150MPGe的評(píng)級(jí)，在高速公路上獲得122MPGe。特斯拉Model3長(zhǎng)續(xù)航版136MPGe城市，123MPGe高速公路。為了進(jìn)行比較，雪佛蘭Bolt被評(píng)為128MPGe城市和110MPGe高速公路。城市/高速公路的綜合評(píng)級(jí)是一個(gè)加權(quán)平均值，其中城市數(shù)量占55%，高速公路數(shù)量占45%。
電動(dòng)汽車(chē)的廠(chǎng)商標(biāo)牌還列出了行駛100英里需要多少千瓦時(shí)的電力。EPA表示，這個(gè)數(shù)字實(shí)際上是比較電動(dòng)汽車(chē)的一種更準(zhǔn)確方式。
隨著電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展，以及政府的政策鼓勵(lì)與扶持，電動(dòng)汽車(chē)（混動(dòng)＋純電動(dòng)）以每年超過(guò)50％的速度高速增長(zhǎng)，電池以及電池管理系統(tǒng)作為電動(dòng)汽車(chē)的核心組件，其市場(chǎng)需求也獲得相應(yīng)的快速增長(zhǎng)。本文將就電池管理系統(tǒng)對(duì)存儲(chǔ)器的需求進(jìn)行分析
電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，即BMS）主要實(shí)現(xiàn)三大核心功能：電池充放電狀態(tài)的預(yù)測(cè)和計(jì)算（即SOC）、單體電池的均衡管理，以及電池健康狀態(tài)日志記錄與診斷。
在整個(gè)電池管理系統(tǒng)中，電池荷電狀態(tài)的預(yù)測(cè)和計(jì)算（即SOC）是其最重要的功能，因?yàn)橛辛司_的電池充電／放電狀態(tài)的預(yù)測(cè)／計(jì)算，才能進(jìn)行有效均衡管理。所以，SOC精準(zhǔn)度的要求是越高越好。
為了提高SOC的精準(zhǔn)度，除了要采集電池的電壓、電流參數(shù)，還需要提供諸如阻抗、溫度、環(huán)境溫度、充放電時(shí)間等多種參數(shù)。電池固有參數(shù)會(huì)通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方式，建立軟件模型，而動(dòng)態(tài)參數(shù)則通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)的采集數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)地把數(shù)據(jù)傳輸至MCU單元存儲(chǔ)，然后MCU對(duì)提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法計(jì)算，從而得出精確的電池荷電狀態(tài)。
因此，SOC功能會(huì)將不同電池的模型存入存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器需具有低功耗、快速讀寫(xiě)、接口簡(jiǎn)單以及數(shù)據(jù)保持時(shí)間達(dá)到20年的要求；SOC功能需要采集卡不停地實(shí)時(shí)將采集的電池電壓／電流數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器，假如一個(gè)MCU單元，對(duì)接10路單體電池的采集數(shù)據(jù)，采集數(shù)據(jù)卡一般會(huì)采用1MB的isoSPI總線(xiàn)進(jìn)行通信，即對(duì)于MCU單元的存儲(chǔ)器，接口速率要求高且?guī)缀趺棵胫卸家M(jìn)行一次數(shù)據(jù)寫(xiě)操作；而電池的壽命要求至少是10年，假如一臺(tái)車(chē)運(yùn)行時(shí)間是8小時(shí)，那么MCU單元的存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)寫(xiě)操作在電池包生命周期內(nèi)的寫(xiě)次數(shù)為1億5百萬(wàn)次。
綜上分析可見(jiàn)，BMS里面的SOC功能非常關(guān)鍵，所以其對(duì)存儲(chǔ)器的性能與可靠性也是非常高：必須是非易失性的存儲(chǔ)器，擦寫(xiě)次數(shù)至少要超過(guò)1．1億次，接口速率大于8MHz，低功耗且數(shù)據(jù)能夠可靠保存20年的時(shí)間，需要符合AECQ－100，未來(lái)需要通過(guò)功能安全認(rèn)證，至少具有ASILB等級(jí)。
目前主流的非易失性的存儲(chǔ)器有EEPROM、Flash以及F－RAM。EEPROM的接口有SPI接口，速率可以做到10Mhz，但是每次寫(xiě)都有一個(gè)5ms寫(xiě)等待時(shí)間，擦寫(xiě)次數(shù)是1百萬(wàn)次，功耗中等，有車(chē)規(guī)級(jí)器件，但是目前未做功能安全認(rèn)證，數(shù)據(jù)保持能力也可以做到20年。
