電池管理系統(tǒng)BMS的作用及特點(diǎn)

　　隨著新能源概念的普及推廣，新能源汽車也逐步走入了千家萬戶，新能源汽車作為尋常百姓的新購車選擇已經(jīng)開始侵占著原本屬于傳統(tǒng)燃油汽車的市場，作為目前新能源汽車最大的市場，中國的企業(yè)依靠著新能源汽車首次與國外企業(yè)站在同一起跑線，不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)新工藝，讓中國的新能源汽車行業(yè)有了更充足的底氣去放眼世界，心系未來。

　　提到傳統(tǒng)燃油汽車的核心關(guān)鍵自然離不開俗稱的“三大件”：發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤以及變速箱，在這“三大件”上，中國技術(shù)落后以德日美為首的國外汽車廠商已是共識(shí)。而在新能源電動(dòng)汽車上也有俗稱的“三大件”：電池、電機(jī)和電控，由于新能源電動(dòng)汽車在全球范圍內(nèi)仍是較新的行業(yè)，各國企業(yè)的起步相差并不大，這也讓我國企業(yè)在汽車這個(gè)1886年發(fā)明至今的多用途動(dòng)力驅(qū)動(dòng)工具上擁有了與國外企業(yè)一較高下的條件。本文重點(diǎn)給大家介紹新能源電動(dòng)汽車“三大件”里的電控（業(yè)內(nèi)普遍稱之為電池管理系統(tǒng)BMS）。

　　新能源電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車最大的區(qū)別是用動(dòng)力電池作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，而作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機(jī)的重要紐帶，電池管理系統(tǒng)BMS的重要性不言而喻，國內(nèi)外許多新能源車企都將電池管理系統(tǒng)作為企業(yè)最核心的技術(shù)來看待，最著名的例子就是大家耳熟能詳?shù)?a href="http://m.makelele.cn/tags/特斯拉/" target="_blank">特斯拉，特斯拉的電動(dòng)汽車“三大件”中，電池來自于松下，電機(jī)來自于***供應(yīng)商，而只有電池管理系統(tǒng)是特斯拉自主研發(fā)的核心技術(shù)，2008年-2015年期間特斯拉所申請的核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)大都與電池管理系統(tǒng)相關(guān)，由此可見電池管理系統(tǒng)對于新能源汽車的重要性。而國內(nèi)，電池管理系統(tǒng)BMS的研發(fā)生產(chǎn)主要集中在這三類企業(yè)：

　　1、新能源汽車廠商，代表企業(yè)：比亞迪

　　2、電池PACK廠商，代表企業(yè)：沃特瑪、普萊德

　　3、專業(yè)BMS廠商，代表企業(yè)：惠州億能、深圳國新動(dòng)力

　　電池管理系統(tǒng)BMS到底有什么作用？

　　電池管理系統(tǒng)BMS是一個(gè)本世紀(jì)才誕生的新產(chǎn)品，因?yàn)殡娀瘜W(xué)反應(yīng)的難以控制和材料在這個(gè)過程中性能變化的難以捉摸，所以才需要這么一個(gè)管家來時(shí)刻監(jiān)督調(diào)整限制電池組的行為，以保障使用安全，其主要功能為：

　　1、準(zhǔn)確估測動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)

　　準(zhǔn)確估測動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài) （State of Charge，即SOC），即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時(shí)預(yù)報(bào)混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能電池還剩余多少能量或者儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)。

　　2、動(dòng)態(tài)監(jiān)測動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)

　　在電池充放電過程中，實(shí)時(shí)采集動(dòng)力電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性，使剩余電量估計(jì)模型的實(shí)現(xiàn)成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動(dòng)機(jī)等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。

　　3、單體電池間的均衡

　　即為單體電池均衡充電，使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項(xiàng)電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

　　目前市場上技術(shù)先進(jìn)的BMS應(yīng)該有什么特點(diǎn)？

　　技術(shù)先進(jìn)、產(chǎn)品穩(wěn)定可靠將是未來BMS產(chǎn)品的核心特點(diǎn)，那什么樣的產(chǎn)品才是技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品呢？因?yàn)閲鴥?nèi)各大企業(yè)BMS標(biāo)準(zhǔn)仍未統(tǒng)一，故此以深圳國新動(dòng)力的BMS性能特點(diǎn)為例，從技術(shù)、功能、品質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范四個(gè)維度說明。

　　先進(jìn)的技術(shù)：

　　1.企業(yè)掌握電池SOC核心算法；

　　2.掌握健康狀態(tài)估算，最大允許瞬時(shí)（5s/30s）及持續(xù)充放電功率估算；

　　3.掌握高效的均衡管理技術(shù)，先進(jìn)的散熱機(jī)制，最大可支持200mA的被動(dòng)均衡電流；

　　4.掌握業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高精度測量技術(shù)，總流總壓精度可達(dá)0.5%FSR；

　　5.可選配多功能數(shù)據(jù)記錄儀，支持無線傳輸、大容量存儲(chǔ)、GPS等云平臺(tái)功能；

　　6.可選配主動(dòng)均衡模塊，最大均衡電流可達(dá)5A，單板24串可靈活選配；

　　安全的功能：

　　1.電池安全管理：具備可靠的過充/過放保護(hù)、過流/過溫/低溫保護(hù)、多級(jí)故障診斷保護(hù)；

　　2.高壓安全管理：具備高壓繼電器粘連檢測、高抗干擾性的高壓互鎖檢測、先進(jìn)的高壓絕緣監(jiān)測；

　　3.具備電壓溫度采集線斷線診斷功能；

　　4.電池電壓采集模塊具備回路過流、短路保護(hù)等安全機(jī)制，電路更可靠；

　　5.具備5~36串、5~48串一體機(jī)靈活配置，適用于業(yè)內(nèi)各類主流方案；

　　穩(wěn)定的品質(zhì)：

　　1.所有元器件均采用汽車級(jí)元器件選型，-40℃~85℃的高標(biāo)準(zhǔn)工作溫度范圍；

　　2.更寬更可靠的溫度監(jiān)控，監(jiān)控范圍可達(dá)-40~125℃；

　　符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范：

　　1.支持充電國標(biāo)GBT 20234-2015及GBT 27930-2015；

　　2.支持ISO26262國際安全標(biāo)準(zhǔn)中產(chǎn)品功能安全生命周期管理的要求；

　　3.支持CCP標(biāo)定協(xié)議、UDS、OBD-ii診斷協(xié)議。

　　國內(nèi)電池管理系統(tǒng)BMS的困境

　　新能源汽車的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的，過去這兩年，隨著新能源汽車的大量推廣使用，我們也聽到了不少關(guān)于新能源汽車的“丑聞”：自燃、虛假續(xù)航里程等，而為什么會(huì)出現(xiàn)這些使用問題呢？沒有使用電池管理系統(tǒng)或使用劣質(zhì)的不成熟的電池管理系統(tǒng)是主因。實(shí)際上，新能源汽車的安全性問題，一直是政府和汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)工作之一。不久前，科技部、財(cái)政部、工信部和發(fā)改委等四部委，已經(jīng)聯(lián)合發(fā)布了新能源汽車示范推廣“安全令”（即《關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》），強(qiáng)調(diào)“對投入示范運(yùn)行的插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車要全部安裝車輛運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱BMS），特別是要加強(qiáng)對動(dòng)力電池和燃料電池工作狀態(tài)的監(jiān)控”。

　　電動(dòng)汽車自燃原因多種多樣，并非安裝了電池管理系統(tǒng)就可以高枕無憂的，例如：在安全、精度、壽命、放電能力等方面，單體電池可以充放電2000次，成電池組后可能只有1000次，若搭載不成熟的BMS，無法實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地監(jiān)控電池充放電狀況，極易造成電池芯局部功耗過大，產(chǎn)生局部熱量，且信息無法傳遞至駕駛員，極易導(dǎo)致電池自燃發(fā)生。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，安裝優(yōu)秀的電池管理學(xué)BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池組及各電池單芯的運(yùn)行狀態(tài)，有效預(yù)防電池組自燃，如遇緊急情況提前對司機(jī)作出突發(fā)事件預(yù)警，為保障安全贏得時(shí)間。

　　新能源汽車和電池管理系統(tǒng)的未來

　　中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21世紀(jì)初，迄今發(fā)展不過十?dāng)?shù)年，由于人們對于環(huán)保和可再生能源的渴求，新能源汽車才迎來了發(fā)展機(jī)遇，之后便一發(fā)不可收拾，在很長的一段未來里，新能源汽車都會(huì)作為一個(gè)挑戰(zhàn)者去侵占原本屬于傳統(tǒng)燃油汽車的廣大市場，而且由于社會(huì)發(fā)展的需要，這種市場份額的侵占，是可以預(yù)期的。

　　在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時(shí)，我們必須清楚地認(rèn)識(shí)到，技術(shù)的發(fā)展才是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而穩(wěn)定、高效、安全、可靠的產(chǎn)品就是技術(shù)的體現(xiàn)，我們必須要知道，國內(nèi)目前的新能源汽車行業(yè)并不友善，頻發(fā)的電動(dòng)車自燃事件和虛假續(xù)航里程，都暴露出國內(nèi)目前新能源電池組、電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、檢測、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的不完善。

　　目前國內(nèi)的BMS企業(yè)有上百家，而歐美發(fā)達(dá)國家卻只有數(shù)家，大型新能源汽車廠商要么選擇自家研發(fā)的電池管理系統(tǒng)要么采用具備國際競爭力的德日美為首的BMS生產(chǎn)企業(yè)，其實(shí)中國國內(nèi)并不缺乏優(yōu)秀的BMS生產(chǎn)企業(yè)，像文中提及的深圳國新動(dòng)力便是一家具有核心競爭力的注重產(chǎn)品品質(zhì)的企業(yè)，其BMS系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)批量量產(chǎn)導(dǎo)入，配置在陜西通家和眾泰汽車的部分新能源車型里，也可根據(jù)實(shí)際需求應(yīng)用于純電動(dòng)或混合動(dòng)力的低速車，乘用車、物流車，場地車、公交車、旅游大巴、儲(chǔ)能系統(tǒng)等領(lǐng)域，其穩(wěn)定、高效、安全、可靠的BMS平臺(tái)產(chǎn)品備受客戶推崇。

　　技術(shù)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的缺失，也沒有權(quán)威機(jī)構(gòu)對廠家生產(chǎn)的BMS進(jìn)行權(quán)威檢測，這是目前國內(nèi)BMS市場的困局，導(dǎo)致了BMS產(chǎn)品的良莠不齊，難以大面積推廣。同時(shí)，目前國內(nèi)很多汽車廠商及電池PAC企業(yè)對于BMS的重要性認(rèn)識(shí)不足，以為只要各個(gè)單體電池芯能鏈接上，就能保證車輛運(yùn)行，對其安全性心存僥幸，在BMS采購中一味地追求低價(jià)格，為求合同的簽訂，某些不良BMS供應(yīng)商只有降低BMS功能指標(biāo)或干脆閹割部分功能，從而埋下安全隱患，這也是對整個(gè)行業(yè)的不負(fù)責(zé)任和傷害。只有盡快建立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，打壓不符合市場要求的生產(chǎn)商，建立健全的檢測體系，電池管理系統(tǒng)和新能源汽車才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來，這也是諸多廠商和消費(fèi)者的訴求。

　　電池管理系統(tǒng)的基本功能

　　1）監(jiān)測單體電芯的工作狀況，例如單體電池電壓、工作電流、環(huán)境溫度等。

　　2）保護(hù)電池，避免電池工作在極端的條件下發(fā)生電池壽命縮短，損壞，甚至發(fā)生爆炸、起火等危害人身安全的事故。

　　一般而言，電池管理系統(tǒng)必須具備以下電路保護(hù)功能：過壓和欠壓保護(hù)、過流和短路保護(hù)、過高溫和過低溫保護(hù)、為電池提供多重保護(hù)以提高保護(hù)和管理系統(tǒng)的可靠性 （硬件執(zhí)行的保護(hù)具有高可靠性、軟件執(zhí)行的保護(hù)具有更高的靈活性、管理系統(tǒng)關(guān)鍵元器件失效的保護(hù)為用戶提供第三重保護(hù)）。這些功能可以滿足大部分手機(jī)電池、電動(dòng)工具和電動(dòng)自行車應(yīng)用的需要。

　　3 電動(dòng)汽車對電池管理系統(tǒng)提出更高挑戰(zhàn)

　　電動(dòng)汽車電池集成系統(tǒng)是一個(gè)開放的動(dòng)力系統(tǒng)，它通過汽車級(jí)CAN總線進(jìn)行通信，和車輛管理系統(tǒng)、充電機(jī)、電機(jī)控制器協(xié)同工作，以滿足汽車以人為本的安全駕駛理念。因此汽車級(jí)電池管理系統(tǒng)必須做到：滿足TS16949 和汽車電子的要求、實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和高可靠性、汽車級(jí)CAN總線通訊、高抗電磁干擾的能力（最高級(jí)別的EMI/EMC要求）、在線診斷功能。

　　其主要功能為：

　　電池電壓和溫度等信息的高速采集；實(shí)現(xiàn)電池高效率均衡，充分發(fā)揮電池集成系統(tǒng)的容量從而提高電池集成系統(tǒng)的壽命，同時(shí)減小熱量的產(chǎn)生；

　　電池的健康狀況和剩余電量的估算和顯示；

　　高可靠的通訊協(xié)議 （汽車級(jí)CAN通訊網(wǎng)絡(luò)）；

　　動(dòng)力總成技術(shù)要保證電池發(fā)生任何安全使用的前提下，充分發(fā)揮電池的潛力，保證電池的性能，提高電池的壽命；

　　電池的溫度和散熱管理，是電池系統(tǒng)工作在溫度相對穩(wěn)定的環(huán)境條件；

　　漏電檢測以及復(fù)雜的地線設(shè)計(jì)。

　　由于電動(dòng)汽車中電池的分布環(huán)境非常復(fù)雜，處于高壓大功率的工作狀態(tài)，對EMI/EMC要求非常高，這就為電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了更大的挑戰(zhàn)。