鋰電池管理系統(tǒng)BMS基本功能

鋰電池管理系統(tǒng)BMS基本功能摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題日益突出。在此情況下中國主動提出“力爭于2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。在雙碳目標下，我國已開啟能源轉(zhuǎn)型之路。目前鋰電池系統(tǒng)作為清潔能源之一，迎來了前所未有的機遇。因鋰電池個體之間容量和內(nèi)阻不一致，鋰電池系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行就與鋰電池管理系統(tǒng)密切相關(guān)。關(guān)鍵詞：碳中和；碳達峰；鋰電池管理系統(tǒng)1電池管理系統(tǒng)的前景1.1本課題研究的目的和意義在能源轉(zhuǎn)型下，搭載鋰電池組的電動汽車蓬勃發(fā)展，而BMS(BatteryManagementSystem)電池管理系統(tǒng)能夠防止電池過充和過放，延長電池的使用壽命，提高電池的利用率，因此BMS的發(fā)展變得尤關(guān)重要。1.2BMS的現(xiàn)狀電池管理系統(tǒng)(BMS)是保護電池使用安全的控制系統(tǒng)，主要負責(zé)監(jiān)測和管理整個電池組的狀態(tài)，其中包括：單體電壓、溫度監(jiān)測，總壓、電流檢測，充放電管理，SOC與SOH實時動態(tài)估算等，對整個電池系統(tǒng)的安全性有著重要的影響。BMS處于鋰電池產(chǎn)業(yè)的中游見下圖：圖1BMS現(xiàn)狀BMS處于鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈中游，于下游產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)，而BMS作為下游產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，市場規(guī)模增長潛力巨大。2BMS的功能需求2.1單體電壓檢測要求對電池系統(tǒng)內(nèi)部所有電芯的電壓進行檢測，單體電壓的檢測范圍：0V~5V。2.2溫度監(jiān)測包含電池系統(tǒng)內(nèi)的溫度檢測（電芯和電連接部分的溫度檢測）。各模組內(nèi)部的溫度檢測點數(shù)量不少于2個，安裝位置能體現(xiàn)出模組內(nèi)部的極限溫度，要求電芯溫度的采樣點布置于module中部與module端部。溫度檢測范圍：-40°C~+125°C。2.3總電壓檢測具備獨立的電池系統(tǒng)總電壓檢測回路，在單體電壓檢測出現(xiàn)故障的情況下仍可正常實現(xiàn)該功能。檢測數(shù)據(jù)通過CAN總線的發(fā)送到整車網(wǎng)絡(luò)?？傠妷簷z測范圍：0V~450V；電池系統(tǒng)電壓檢測誤差：FSW±0.5%。2.4電池系統(tǒng)母線電流檢測電流方向以充電為負，放電為正。檢測數(shù)據(jù)通過CAN總線的發(fā)送到整車網(wǎng)絡(luò)。母線電流檢測范圍：-400A~400A。2.5SOC估算SOC是整車系統(tǒng)評估電池系統(tǒng)電量的唯一依據(jù)，需在電池系統(tǒng)的整個壽命周期滿足設(shè)計精度要求。管理系統(tǒng)需要通過一定策略對SOC累積誤差進行修正，修正前后差值需低于SOC估算精度要求。相應(yīng)的SOC修正策略需在初始化完成之前實現(xiàn)，估算數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送到整車網(wǎng)絡(luò)。SOC估算誤差：W5%；SOC范圍：0%WSOCW100%2.6SOH估算SOH電池的健康狀態(tài)，是長時間充放電后，電芯內(nèi)阻變化對電池壽命的體現(xiàn)。SOH估算誤差：W5%。2.7功率限值估算峰值功率定義：在當前SOC和溫度環(huán)境下，電池系統(tǒng)充放電時間可持續(xù)10S的最大功率值。持續(xù)功率定義：在當前SOC和溫度環(huán)境下，電池系統(tǒng)充放電時間可持續(xù)的功率值。峰值充電功率估算；持續(xù)充電功率估算；峰值放電功率估算；持續(xù)放電功率估算；整車控制系統(tǒng)實時跟隨BMS上報的峰值充放電功率值，實現(xiàn)對電池系統(tǒng)的保護，響應(yīng)時間小于1S。因SOC或溫度原因，充放電功率需要降低，要求峰值功率上報值優(yōu)先于持續(xù)功率上報值降低，電池系統(tǒng)狀態(tài)進行降功率模式。峰值充放電功率如因SOC或溫度的原因需要改變，要求從峰值功率到持續(xù)功率的變化能平滑過渡。功率估算誤差：W5%(功率估算值不得超過電池系統(tǒng)的實際功率能力)。2.8絕緣電阻監(jiān)測功能電池管理系統(tǒng)在工作狀態(tài)下，周期性地對整車系統(tǒng)進行絕緣電阻測試，［3］在高壓上電前、后都能實現(xiàn)對絕緣電阻的檢測；在進行絕緣檢測時不能降低整車的絕緣性能。電池系統(tǒng)需保證在高壓上電之前絕緣無故障；如果BMS檢測有絕緣故障報警，在故障解除前，不允許閉合高壓繼電器。絕緣電阻檢測精度：0~-30%。2.9接觸器控制功能要求電池管理系統(tǒng)應(yīng)能對控制的接觸器的狀態(tài)、對控制的接觸器粘連、無法閉合的故障狀態(tài)進行檢測；對自身控制接觸器的使用壽命進行統(tǒng)計。外部電源反接，不應(yīng)該導(dǎo)致接觸器非受控的閉合。接觸器從接到VCU指令到實際打開的時間需V20ms。整車電源的波動，不能對接觸器的觸點結(jié)合力有影響。在受控狀態(tài)下禁止控制任何兩個接觸器同時工作，任何兩個接觸器動作之間的時間間隔不小于100ms。2.10碰撞信號檢測當BMS判斷以下任一條件滿足時，立即切斷所有回路的高壓：條件1：硬線接收到VCU發(fā)出的碰撞PWM信號變?yōu)榕鲎舶l(fā)生后的波形；條件2：CAN線接收到碰撞信號為“有效”；PWM信號描述如下：(1)正常工作未發(fā)生碰撞時的信號，見下圖3所示：Mt?KLowl —IT1TZT1T2T1TaT1TNT1T2THTNT1-N T2圖3正常工作未發(fā)生碰撞時的信號(2)碰撞發(fā)生后，安全氣囊控制器將發(fā)出連續(xù)20個反向脈沖，見下圖4所示：圖4碰撞發(fā)生后的信號說明：?N=20?T1=100ms?T2=20ms?脈沖偏差小于10%?碰撞發(fā)生后，VCU將對地100ms、間歇20ms形式進行動作，循環(huán)20次。?8V以上為高電平，1V以下為低電平。該信號只能保證在碰撞時，相對速度N25km/h時發(fā)出，并不以電池狀態(tài)作為判斷依據(jù)，即發(fā)生碰撞時，相對速度V25km/h，不會有碰撞信號發(fā)出。2.11總線通訊功能BMS至少具備2路CAN總線：一路與整車控制器和車載充電機通訊，并實現(xiàn)診斷功能；另一路與直流充電樁通訊。協(xié)議符合GB/T20234.3《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第3部分直流充電接口》對直流充電的要求。電池系統(tǒng)內(nèi)部總線相關(guān)信號線采用屏蔽雙絞線。2.12均衡功能電池系統(tǒng)應(yīng)具備均衡功能，來保證電芯的一致性。均衡功能能通過外部診斷功能開啟和關(guān)閉。均衡功能的狀態(tài)可通過總線狀態(tài)上報，具體包括:（1） 均衡進行中；（2） 均衡已觸發(fā)，條件滿足的情況下將開啟均衡；（3） 強制均衡以觸發(fā)；（4） 均衡已完成等。2.13慢充CC、CP檢測功能BMS能檢測充電槍插槍CC、CP信號，該功能完全符合GB/T20234.2《電動汽車傳導(dǎo)充電用連接裝置第2部分交流充電接口》中的要求。BMS能被充電槍的CC、CP信號喚醒。BMS能喚醒VCU。正常慢充過程中，如果交流220V電源開關(guān)切斷，1分鐘（TBD）后BMS可以進入休眠狀態(tài)，當交流220V電源開關(guān)閉合后，在不需要重新插拔充電槍的情況下，BMS能夠被重新喚醒并繼續(xù)進行充電。電動車輛能夠檢測充電設(shè)備CP端口發(fā)送的PWM信號。3結(jié)論隨著近年來新能源的熱潮，BMS電池管理系統(tǒng)的需求也日益增多。未來的發(fā)展趨勢對BMS成本的控制，功能的要求，數(shù)據(jù)傳輸都有極高的要求。BMS發(fā)展的一個