[电池系统] 新能源汽车电池管理系统有什么功能

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flyingstar01 发表于 2025-10-25 14:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

BMS,即电池管理系统(Battery Management System),其主要功能是智能化管理和维护电池单元,防止过充电和过放电,延长电池寿命,并实时监控电池状态。因此,新能源汽车的电池系统管理需求如下:


1、安全需要,没有BMS会有比如燃烧或者爆炸的安全隐患。电池工作都有一定使用条件的――充电电流限制、放电电流限制、工作温度限制、单体电压限制等等。电池工作条件分“合理区域”和“临界区域”, 当电池工作条件越过“临界区域” 时, 事故概率就会大增。BMS需要采取措施,以避免事故的发生。

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2、延长电池使用寿命。电池工作都有一定使用条件的。 当电池工作状态位于“合理区域”时,电池寿命较大。进入“临界区域”寿命会显著降低, 越过了“临界区域”有安全隐患。 为了提高电池的使用寿命尽量让电池工作在“合理区域”,当电池越过“合理区域”后要给上端报警提示,让电池回归“合理区域”。

3、提高电池组有效储能。单个电池能量有限,所以大多是 N 多个电池串联在一起使用,我们称串在一起的电池为电池串。由于电池总是存在差异,储存的能量有差异。过放和过充是电池的两种极度危险状态。 放电时,当某个电池达到放电下限时,即使其他电池仍有能量,放电也不得不结束。反之,充电时,当某个电池电压已经达到上限,即使其他电池尚未充足,充电不得不中止。 因而,放电受限于串中电压最低的电池,充电受限于电压最高的电池。可见,“有效储能”小于“理论储能”。 在没有BMS情况下, 电池间储能差异化会越来越大,因而“有效储能”会越来越少。电池价值就在于其“有效储能” 。 如果 BMS 能抑制电池“一致性”变差的趋势,就意味着“有效储能”更加接近“理论储能”,延长电池放电时间。

4、估算电池剩余能量。 没有BMS, 无法知道电池还有多少剩余能量,剩余能量可以预测车辆还能行驶多少里程。

总的来讲,BMS 通过测量,获取电池的工作状态,并把这种状态显示出来。 紧急情况下, 提醒使用者,使得电池工作在“合理区域”,从而延长电池的使用寿命。 危险情况下, 自动采取措施,避免事故的发生。另外为电池提供能量均衡功能,提高电池的“有效储能”,进而延长放电时间。

【电池系统功能简介】

BMS电池管理系统一般由终端模块、核心控制模块、显示模块等部分组成:

终端模块与电池直接打交道,完成下列功能

(1)电池电压精密测量。

(2)电池温度测量。

(3)能量均衡。

(4)热管理。

(5) CAN 通信

电池核心控制模块为BMS系统的核心,主要完成下列功能:

(1)电压/电流测量。

(2)绝缘电阻测量

(3) SOC 计算。

(4)数据分析及分级报警。

(5) 保护控制。

(6)CAN 通信。

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显示模块主要与大屏显示界面交互,主要完成下列功能:

(1)常规数据采集。

(2)实时数据显示。

(3)语音报警。

(4)数据记录及图表显示。

【电池管理系统功能探析】

1、单体电压测量

电压是表征电池状况最重要的参数之一。一方面, 电池充电状态 SOC 与电压存在一定关系,通过监测电池的电压, 可以大致了解电池的充电状态:

在BMS系统中, 测量单体电压初步可以实现的作用,一是由电压大体了解电池的充放电状态,二是根据电压提供安全保护。电池状态还与电流、温度相关, 实际上不同个体电池间这种函数关系差异也是显著的,多参数用来计算和修正SOC更为准确。

2、温度

对于电池的温度监控和测量至关重要,因为温度升高,电池有燃烧和爆炸的危险。在电池正极材料(一般为石墨) 和负极材料(磷酸铁锂/三元锂) 间有一层塑料隔膜,“隔膜”阻断正极和负极的直接接触,但可允许锂离子从隔膜上的细孔来回穿越。当温度升高到一定程度后,“隔膜”软化易于被晶状负极材料磷酸铁锂刺破,造成正负极短路而引发爆炸。引起温升的因素,一是电池内阻,二是外部接线柱与线束接线鼻之间的接触电阻。

市场上有两种做法,一种是设固定数量的温度探头,将其分散在“电池丛”中。一种是将探头置于电压采集线的接线鼻上,每个电池的温度都进行监控和测量。

3)保护控制

目前使用情况看, BMS 的保护控制应当有过充、过放、过流、过热几方面保护。控制信号分过、过放两路,或过充、过放等合并成一路总控信号。

4)能量均衡

首先了解一下为什么要均衡,单个电池以及小模组之间多少存在一致性差异,这种差异来自电池负极材料的浓度差异、电池负极材料晶格形态、涂布均匀差异、隔膜厚薄、隔膜细孔均匀性等诸多因素。新电池可以靠筛选(所谓成组配对)来实现一车电池的高度一致。但经过若干充放电循环后,这种一致性不复存在,表现在单体电池间的剩余能量相差甚大。

放电时,当某个电池达到放电下限时,即使其他电池仍有能量,放电也不得不结束。而充电时,当某个电池电压已经达到上限,即使其他电池尚未充足,充电不得不中止。因而,放电受限于串中电压最低的电池,充电受限于电压最高的电池。充电时总有充不满的,放电时总有没法放空的。这就导致电池的“有效储能”总是低于“理论最大储能”。

因此,要使得“有效储能”达到“理论最大储能”,就必须通过某种手段,来促使各单体电池的剩余能量趋于一致,使得各单体电池基本上同时放空、同时充满,这就是所说的BMS 均衡功能。



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