解讀電池管理系統(tǒng)（BMS）的現(xiàn)狀與未來
時間:2016-04-15 09:20來源:國新動力 作者:西顧
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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)動機、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。而在新能源電動汽車上也有俗稱的“三大件”：電池、電機和電控，由于新能源電動汽車在全球范圍內(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1886年發(fā)明至今的多用途動力驅(qū)動工具上擁有了與國外企業(yè)一較高下的條件。本文重點給大家介紹新能源電動汽車“三大件”里的電控(業(yè)內(nèi)普遍稱之為電池管理系統(tǒng)BMS)。
新能源電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車最大的區(qū)別是用動力電池作為動力驅(qū)動，而作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機的重要紐帶，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)奶厮估厮估碾妱悠?ldquo;三大件”中，電池來自于松下，電機來自于臺灣供應(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是一個本世紀才誕生的新產(chǎn)品，因為電化學反應(yīng)的難以控制和材料在這個過程中性能變化的難以捉摸，所以才需要這么一個管家來時刻監(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、準確估測動力電池組的荷電狀態(tài)
準確估測動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，從而隨時預報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態(tài)。
2、動態(tài)監(jiān)測動力電池組的工作狀態(tài)
在電池充放電過程中，實時采集動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。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性，使剩余電量估計模型的實現(xiàn)成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機等提供資料，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，使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(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)先進的BMS應(yīng)該有什么特點？
技術(shù)先進、產(chǎn)品穩(wěn)定可靠將是未來BMS產(chǎn)品的核心特點，那什么樣的產(chǎn)品才是技術(shù)先進、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品呢？因為國內(nèi)各大企業(yè)BMS標準仍未統(tǒng)一，故此以深圳國新動力的BMS性能特點為例，從技術(shù)、功能、品質(zhì)、標準規(guī)范四個維度說明。
先進的技術(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(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)，先進的散熱機制，最大可支持200mA的被動均衡電流；
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、GPS等云平臺功能；
6.可選配主動均衡模塊，最大均衡電流可達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、過流/過溫/低溫保護、多級故障診斷保護；
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、短路保護等安全機制，電路更可靠；
5.具備5~36串、5~48串一體機靈活配置，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元器件選型，-40℃~85℃的高標準工作溫度范圍；
2.更寬更可靠的溫度監(jiān)控，監(jiān)控范圍可達-40~125℃；
符合標準規(guī)范：
1.支持充電國標GBT 20234-2015及GBT 27930-2015；
2.支持ISO26262國際安全標準中產(chǎn)品功能安全生命周期管理的要求；
3.支持CCP標定協(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)的重點工作之一。不久前，科技部、財政部、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)于加強節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》)，強調(diào)“對投入示范運行的插電式混合動力汽車、純電動汽車要全部安裝車輛運行技術(shù)狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱BMS)，特別是要加強對動力電池和燃料電池工作狀態(tài)的監(jiān)控”。
電動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，無法實時精準地監(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，極易導致電池自燃發(fā)生。業(yè)內(nèi)人士認為，安裝優(yōu)秀的電池管理學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行狀態(tài)，有效預防電池組自燃，如遇緊急情況提前對司機作出突發(fā)事件預警，為保障安全贏得時間。
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世紀初，迄今發(fā)展不過十數(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，新能源汽車都會作為一個挑戰(zhàn)者去侵占原本屬于傳統(tǒng)燃油汽車的廣大市場，而且由于社會發(fā)展的需要，這種市場份額的侵占，是可以預期的。
在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時，我們必須清楚地認識到，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、檢測、生產(chǎn)的標準的不完善。
目前國內(nèi)的BMS企業(yè)有上百家，而歐美發(fā)達國家卻只有數(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)已實現(xiàn)批量量產(chǎn)導入，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)實際需求應(yīng)用于純電動或混合動力的低速車，乘用車、物流車，場地車、公交車、旅游大巴、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域，其穩(wěn)定、高效、安全、可靠的BMS平臺產(chǎn)品備受客戶推崇。
技術(shù)參數(shù)及標準的缺失，也沒有權(quán)威機構(gòu)對廠家生產(chǎn)的BMS進行權(quán)威檢測，這是目前國內(nèi)BMS市場的困局，導致了BMS產(chǎn)品的良莠不齊，難以大面積推廣。同時，目前國內(nèi)很多汽車廠商及電池PAC企業(yè)對于BMS的重要性認識不足，以為只要各個單體電池芯能鏈接上，就能保證車輛運行，對其安全性心存僥幸，在BMS采購中一味地追求低價格，為求合同的簽訂，某些不良BMS供應(yīng)商只有降低BMS功能指標或干脆閹割部分功能，從而埋下安全隱患，這也是對整個行業(yè)的不負責任和傷害。只有盡快建立統(tǒng)一的行業(yè)標準，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者的訴求。
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