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對國產電池管理系統產品技術的解析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年07月24日  

動力鋰電池是電動汽車關鍵技術之一,必須配備電池管理系統(BMS)。這對初入行的工程技術人員而言,感到迷惑。以前干電池、燃油車上啟動電池,都沒有聽說過什么“電池管理系統(BMS)”的這個說法。為何到動力鋰電池用到汽車上,必須要配電池管理系統(BMS)產品了?筆者拿到了一款國產電池管理系統(BMS)產品技術說明書資料,結合這款產品,進行解析,大家參考。


一、為何要電池管理系統(BMS)?


從硬件上說,動力鋰電池系統結構的最小單元是電池單體,基本單位是模組,模組再組裝成電池箱,電池箱連接其起來為電池系統。其基本原理是按一定技術要求串(并)聯起來的。


從構成結構上說,電池電池對外一個完整的產品,但是內部結構連接起來,工藝十分復雜,除了電池單體、模組、電池箱等硬件本身的連接,還有電池恒溫系統、安全防火系統。這些子系統,與動力鋰電池之間也要交換信息,必須有機協調起來。如何能協調好呢?自然就提出要有管理要求,這里管理是指計算機管理級系統,于是出現電池管理系統(BMS)。


二、電池管理系統(BMS)的基本功能


①管理電池類別:磷酸鐵鋰離子電池、錳酸鋰、咕酸鋰、鉛酸等類型電池及超級電容等動力鋰電池;


②監測并指示電池/電容狀況(電壓、溫度、電流、剩余能量)、在異常情況下向用戶發出報警信號(聲光);


③根據控制策略切斷電力傳送鏈路,可以保護電池安全;


④能量均衡用途,使得系統中電池剩余能量趨于一致,延長系統的整體放電時間,從而延長電池使用壽命;


(說明:②是基本功能;③要有一定工程積累;④技術難度較大;)


三、電池管理系統(BMS)的基本功能邏輯框圖


基本功能邏輯框圖,如圖1所示。


圖1廠家實際產品說明書資料(1)


①顯示模塊負責顯示電池的數據、給出聲光報警、記錄數據。


②中控模塊負責SOC計算、出現各類報警數據、控制充放電電路、測量高壓線路絕緣性能。


③終端模塊負責測量電池電壓及溫度、均衡電池能量、控制電池箱風扇。


圖2廠家實際產品說明書資料(2):終端模塊硬件框圖


四、安裝工藝解析


從產品(圖3)外殼上看,采用了輕量化設計,用了鋁拉伸工藝,符合汽車級IP要求;


圖3廠家實際產品說明書資料(3):產品外形實物


從接口(圖4)上,接插比較方便,便于安裝和維護,使用2個M6六角螺栓固定模塊,為側面引線,引線處要留足夠空間,符合主機廠生產線的要求。


圖4廠家實際產品說明書資料(3):采用接插件接口


五、主被動式一體均衡功能


這一款產品的介紹的,是主被動式一體均衡功能,均衡電流50Ma。當充電時BMS切換成耗能式均衡模式,即將容量比較足的電池進行放電。當放電時BMS切換成補電式均衡模式,即將容量比較低的電池進行充電。延長電池組使用壽命。卻沒有系統而詳細介紹其原理及技術,下面是均衡充電曲線,如圖5所示。


圖5均衡充電圖


電池管理系統(BMS)產品,中外廠家都對外宣稱,有被動均衡、主動均衡功能。筆者聽過關日本大公司的介紹,動力鋰電池主動均衡技術已經實現,但是比較復雜,成本較高,目前還沒有用商品上來。


六、充電控制策略介紹


充電設置了3重控制:前導時間控制,溫度控制,電壓控制,最后的充電電流取3者中的最小者。其基本策略是:


①初始充電時,不要一下子將充電電流加到額定充電電流,最好有個逐步遞升的過程。這款產品在設定的前導時間內,將充電電流線性提升到額定電流;


②當最高單體電壓達到報警門檻時,充電電流不能太大,否則電池電壓很容易越過嚴重的門檻,處于危險之中。所以充電電流跟最高單體電壓有個對應關系;


③在低溫時,充電會嚴重影響電池的性能,所以充電電流還要有一個由溫度控制的關系。


七、筆者的體會


通過對這款國產電池管理系統(BMS)產品技術的解析,有如下體會:


①國產電池管理系統(BMS)產品進步很快,已經出口到電動汽車技術先進的國家,產品層面能達到IP級別;


②國產電池管理系統(BMS)產品,在控制策略方面,更適宜我國電動汽車使用環境;


③國產電池管理系統(BMS)產品在輕量化和集成上做了大量有成效工作,得到越來越多用戶的肯定;


④國產電池管理系統(BMS)產品里芯片重要還是國外的;


⑤國產電池管理系統(BMS)產品供應商服務響應比較快,產品價格有比較優勢,質量是越來愈好。


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