不管车辆使用的是哪种锂离子电池,动力电池都是由一个个小的电池单体通过串、并联的方式组成电池组,再由电池组最终组成车辆的动力电池单元。
而在电池组中真正发挥储能作用的是电池组中每一个小小的电池单体,例如特斯拉使用的18650锂离子电池,其数字代表的是每一个电池单体的规格:直径为18mm,长度为65mm。一辆85kW?h版本的Tesla Model S搭载的动力电池单元由接近7000节18650锂电池构成。
一辆汽车上有如此多的电池单体,每一个小的电池单体都是单独制造的。并且由于电池的电化学特性的原因,二次锂离子电池出厂后的储能一致性是存在差别的。充电时又是从一个充电口来为所有电池充电,如何保证每一个电池都充满电,并且又不会因为过度充电对电池造成损害呢?这就是BMS系统要解决的问题了。
通常情况下,BMS系统都要通过两部分来确定如何管理电池组,就是检测模块和控制模块。
检测模块的实现相对简单一些,主要是通过传感器收集电池在使用过程中的参数信息比如:温度、每一个电池单体的电压、电流,电池组的电压、电流等。这些数据在之后的电池组管理中起到至关重要的作用,可以说如果没有这些电池状态的数据作为支撑,电池的系统管理就无从谈起。
根据收集到的数据,BMS系统就会根据每一个电池单体的实际情况来分配如何为电池充电,哪一个电池单体已经充满可以停止给它充电等。并且在使用过程中,通过状态估算的方式确定每一颗电池的状态,通过SOC(State Of Charge)、SOP(State Of Power)、SOH(State of Health)以及均衡和热管理等方式来实现对电池的合理利用。
这个过程说起来简单,但这些才是BMS系统的精华所在,也是各个BMS厂家最希望攻克的技术难关。
目前电池管理系统有主动式均衡和被动式均衡两种管理模式。两种管理模式各有优缺点,所采用的方式普遍为采集单体电池电压,串联电流,以及温度以及电池组的电压,然后将这些信号传给运算模块进行处理发出指令,最后将整个处理的信息指令通过CAN通讯系统传送给汽车中央控制单元或整车VMS系统。
国内主流车用BMS厂家都有被动均衡技术,而且其中绝大部分都有主动均衡技术储备。在厂家给的配置单上,主动均衡是一个“选配”功能。被动均衡的BMS装机量较大,占据新能源汽车市场较高的份额,远远高于主动均衡BMS的市场份额。国内的新能源汽车主要是中低端产品,考虑到成本及配置需求方面,被动均衡相对较易接受。随着新能源汽车产品的向高端发展,对BMS的要求也越来越高,主动均衡技术将成为未来的发展趋势。
由于汽车电气化的水平发展,乘用车用电池管理系统,未来可以在低压启动电池(12V&48V)和高压HEV电池(1kwh~1.5kwh)和PHEV电池(4~18kwh)和BEV电池(20~85kwh)等电池系统里面看得到。
低压系统和高压系统差异很大。电池系统差异在各个车厂和各个应用平台之间都比较大,各个企业有自己的风格,应该说未来各家车厂设计理念的演变,使得高压电池系统是有一定的相似性的。
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