中國儲能網(wǎng)訊：如果把電芯比作人體的心臟，模組和電池包比作強健的體魄，那么整個動力電池系統(tǒng)要平穩(wěn)運行，還需要一個支配身體的智慧大腦，那就是BMS。
電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，簡稱BMS)是連接電池和電動汽車的重要紐帶，其精準(zhǔn)的控制和管理為電池的完美應(yīng)用保駕護航。
“龍生九子，各有不同。”即使同一批次生產(chǎn)的兩個單體電芯，因生產(chǎn)工藝誤差、使用環(huán)境差異等，其性能也不可能完全一致;在使用過程中這種不一致性會逐漸擴大，可能會出現(xiàn)過充、過放和局部過熱的危險，嚴(yán)重時影響到電池組的使用壽命和安全。
這時就需要BMS大顯身手。
那么問題來了，BMS主要做什么?
電池管理系統(tǒng)BMS的功能作用
1、準(zhǔn)確估測動力電池組的荷電狀態(tài)
準(zhǔn)確估測動力電池組的荷電狀態(tài)(StateofCharge，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(yù)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)。
關(guān)于BMS的功能，行業(yè)內(nèi)關(guān)于其分類方式不盡相同。不過從用戶的角度來理解，可大致劃分為兩大功能—— “電池體檢”和“安全衛(wèi)士”。
即時體檢
精準(zhǔn)掌握電池狀態(tài)
即時“體檢”，指的是電池數(shù)據(jù)采集和狀態(tài)評估。
數(shù)據(jù)采集，可簡單理解為給電池做例行的“體檢”;在充放電過程中，實時采集電池組中每塊電池的端電壓、溫度、充放電電流及總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。
這種“體檢”是在線的、持續(xù)的、不間斷的。過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時，可及時查詢對應(yīng)電池狀況，并挑選出有問題的電池，從而保持整組電池運行的可靠性和高效性。
寧德時代掌握業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高精度測量技術(shù)，總流總壓精度可達千分之五;采樣數(shù)據(jù)精度很高，通過實時了解電池真實工作狀態(tài)，及時做出判斷與修正。
“體檢”結(jié)束之后，會進入分析、診斷、計算的階段，之后生成“體檢報告”，這個過程可以理解為電池的狀態(tài)評估。
這時，我們需要了解一個行業(yè)的常用術(shù)語——SOC。
何為SOC?
電池組的荷電狀態(tài)(State of Charge，即SOC)，即電池剩余電量。SOC是判斷電池過充及過放等一系列故障的基礎(chǔ)，精確的估算SOC，可防止電池過充和過放，延長電池的使用壽命，從而提高電池的利用率。
其實，除了SOC估算，還有SOH(State of Health),SOP(State of Power)，用戶可通過車上儀表顯示看到這些數(shù)據(jù)，從而確認電池的工作、功能狀態(tài)。據(jù)此，在保護電池的基礎(chǔ)上，將潛力發(fā)揮最大化，大大提升駕乘體驗。
因此SOC等數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確與否，就顯得特別重要。估算不準(zhǔn)帶來的后果，有可能是汽車拋錨、與預(yù)期的行駛里程數(shù)不符等。
車輛正在進行快充實驗時，SOC顯示52%
舉個例子，滿電情況下續(xù)航里程為400公里的車輛在道路行駛。若估算準(zhǔn)確，當(dāng)SOC顯示為10%時，還可能行駛的里程是40公里;若估算不準(zhǔn)，SOC達到15%，則用戶以為的里程為60公里，事實上可能在行駛40公里之后，就已經(jīng)沒電了。很顯然，對于用戶來說，這樣的情況很糟糕。
關(guān)于電池狀態(tài)的估算，需要經(jīng)過一系列復(fù)雜的計算。寧德時代掌握了精確的核心算法，通過基于電池參數(shù)的估算方法，有效消除累積誤差的影響，估算更精確。NCM估算精確度在3%，LFP在5%左右。
“安全衛(wèi)士”
保護電池及人身安全
BMS還有另一大核心功能，就是“安全衛(wèi)士”;可簡單理解為保護的作用，主要體現(xiàn)在對電池及高壓安全的防護上。
首先，由于電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，電池濫用或損壞會影響到電池壽命及安全性，嚴(yán)重時會造成電池?zé)崾Э?，從而引發(fā)安全事故。BMS對電池的保護功能表現(xiàn)在：一方面，對電池狀態(tài)進行實時監(jiān)控;另一方面，與整車及充電機等外部系統(tǒng)進行通訊，對充放電過程進行及時有效的控制，從而防止危險事故的發(fā)生。
目前，寧德時代已實現(xiàn)了BMS對電池充電、放電及均衡過程全方位的保護，做到了對故障的提前預(yù)防、發(fā)生檢測，過程控制及影響降級。
工程師在-30℃的黑河進行樣車冬季測試
其次，電池系統(tǒng)電壓可達300-500V，遠超人體安全電壓，風(fēng)險隱患極大，高壓安全防護為此保駕護航。BMS通過對絕緣電阻、高壓互鎖及繼電器狀態(tài)的檢測，對可能發(fā)生的高壓泄漏風(fēng)險進行檢測及控制，從而保護駕駛員、乘客及維修人員的人身安全。
工程師在整車廠進行高壓測試
說到安全，就不得不提功能安全了。功能安全是BMS安全開發(fā)的核心，目的是預(yù)防、檢測及控制BMS及其他E/E部件故障所造成的動力電池系統(tǒng)危險。寧德時代始終以做世界第一安全電池為發(fā)展目標(biāo)，是業(yè)內(nèi)較早進入功能安全開發(fā)領(lǐng)域，也是第一個開發(fā)具有ASILD功能安全目標(biāo)的BMS產(chǎn)品的動力電池企業(yè)。
何為ASIL D等級?
國際安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262根據(jù)安全風(fēng)險程度，將安全需求劃分為A到D的安全等級(Automotive Safety Integrity Level ，ASIL)，其中D級為最高等級，是最苛刻的安全需求，意味著功能安全開發(fā)流程及技術(shù)要求更嚴(yán)格、相應(yīng)的開發(fā)成本增加、開發(fā)周期延長。
不同安全等級產(chǎn)品的隨機硬件失效率要求
ASILD等級要求產(chǎn)品安全目標(biāo)失效率小于10^-8/h，意味著1輛車假定每天運行4小時, 需要運行7萬年才出現(xiàn)1次違反安全目標(biāo)的功能性故障。而如此低概率的失效率，可媲美飛機的安全設(shè)計要求。
寧德時代已先后為寶馬、大眾、標(biāo)致雪鐵龍及長城等多家國內(nèi)外客戶，提供或合作開發(fā)了滿足功能安全要求的BMS產(chǎn)品，獲得了客戶及第三方評審機構(gòu)的一致認可。在積累了豐富項目經(jīng)驗的同時，寧德時代也逐漸形成了BMS產(chǎn)品功能安全的巨大優(yōu)勢。
其實，BMS的功能遠不止這些，可謂“小身材，大智慧”。電池管理系統(tǒng)協(xié)同電池包，為整車提供強大的動力電池系統(tǒng)。未來，寧德時代也將攜手同行，踏上更高更遠的征程!
解密比亞迪電池管理系統(tǒng)
首先我們來談?wù)勌坪颓氐碾姵?，型號?yīng)該是一樣的，只是秦的電池組電芯數(shù)量比較少，容量13度，唐的比較多，18度。單個的電芯都是比亞迪自己制造的磷酸鐵鋰電池，額定電壓3.2V，容量26AH。為什么不是最近比較火的三元鋰電池呢?原因如下圖：
磷酸鐵鋰電池擁有更好的壽命、安全性，更適合插電式混動車的用車情況。
電池單體大概是這個樣子的，但是這個應(yīng)該是大巴上的，因為電儲量高達120AH，咱們的只有26AH，不過大致上是一樣的，都是長方體。
唐的電池組位于底盤中部，體積和重量都比較大。放在底盤的好處是降低了整車重心，同時不影響后備箱空間。缺點嘛，對放水和防磕碰要求比較高，日常使用要注意這塊不要浸水，不要磕碰。
這是秦的電池組，位于后座以后，后備箱之前。優(yōu)點：放水防磕碰性能都很好，缺點：重心比較高，影響后備箱空間，和唐正好是相對的~
連接方式為串聯(lián)(全部電芯串聯(lián))，串聯(lián)的電池如下圖，形象一點說，就是類似于我們以前用過的手電筒，幾個電池頭尾相接。
這種連接方式，每個電芯放電的時候使用同樣的電流對外放電，充電的時候同樣的電流充電，在不借助均衡系統(tǒng)的情況下，無法對單個電芯進行充放電。而且，當(dāng)一個電芯充滿時，就要停止對整個電池組的充電，不然這個電芯會過充損壞，而一個電芯放空的時候，整個電池組就要停止放電，不然這個電芯會過放損壞。
還記得手電筒有什么要求么?對了，新舊電池不能混用，也就是說有電和沒電的電池不能混用?；氐教坪颓氐碾姵亟M，上邊是個示意圖，選取了幾個電芯。正常情況下，他們的存電量應(yīng)該是完全一樣的，一起充滿，一起放空，如果一直這樣循環(huán)，那么就不會產(chǎn)生文章之初的各種問題了。
事實上，電池組使用一段時間以后，就會出現(xiàn)各個電芯存電量出現(xiàn)差異的情況，產(chǎn)生差異的原因有很多，比如電池本身容量就不一致，或者內(nèi)阻不一致，工作溫度不一致等，都會導(dǎo)致放電容量出現(xiàn)差異。當(dāng)各個電芯存電量不一致，就會出現(xiàn)下圖的情況：
表面上看，只是有一個電芯損失了一點電量，一共有那么多電芯，應(yīng)該不會有什么影響吧?我們繼續(xù)往下看，這個電池組放電的時候，會發(fā)生什么：
整個電池組釋放了80%的電量，而這時候，原本不滿的電池已經(jīng)空了，這時候電池組就要停止放電。如果這個電池組的存電量是10度，那么在充滿的情況下，這個不均衡的電池組放電80%也就是8度就已經(jīng)無法放電了，表面上看只有5%的電量缺失，卻導(dǎo)致20%的容量無法使用。這還是只有4個電芯比較的情況下，如果是200多個，可想而知影響有多大。
那么一旦產(chǎn)生了不均衡，怎么辦呢?這就要用到電池管理系統(tǒng)的均衡模塊。唐和秦的均衡模塊采用的是被動均衡方式，也就是說，通過旁路電阻給電壓較高的電芯放電，使其達到和其他電芯相同的電壓。也就是這樣：
每個電芯都有一個由電池管理系統(tǒng)單獨控制的電阻，當(dāng)需要的時候，接通這個電阻的電路，給電芯放電。通過經(jīng)過一定的時間，這個不均衡的電池組就變成了這樣：
電芯電容量一致了，再充電就可以都充滿，放電都放空，一切恢復(fù)正常，容量回來了，續(xù)航也回來了!聽起來很美，是吧?那為什么很多車就是達不到這個效果呢?
首先，這個放電的過程非常緩慢!充電過程的話電流可以達到10A以上(10000ma)，而這個放電呢?據(jù)了解，這個放電電阻允許的最大電流是30ma~在均衡系統(tǒng)一直處于最佳均衡狀態(tài)的情況下，均衡一度電的差異，也需要100小時左右!
其次，均衡系統(tǒng)不是一直工作在最佳狀態(tài)下的。要有一個好的工作狀態(tài)，系統(tǒng)需要知道哪個電芯是需要被放電的，需要放多少電。而這個過程不是任意電量都可以完成的。
這是一個磷酸鐵鋰電池放電的曲線圖。可以看到，在15%電量以上的時候，電壓的差異是非常小的。這時候要找到哪個電芯需要放電，放多少，是非常困難甚至不可能的。所以，要讓均衡系統(tǒng)處于高效工作狀態(tài)，就需要實時的把電池用到15%以下。
然后充滿電，讓車進入均衡狀態(tài)，這時候的均衡效率是最高的，除非用車，不然建議等到均衡結(jié)束(也就是說儀表盤完全熄滅)。在電池組不均衡的情況下，一次均衡大概需要20小時左右，大家可以按照自己的電池組缺少電量來計算需要多少個循環(huán)。
這也就引申出了另一個問題：在均衡結(jié)束以后，略微用一點電，然后充滿，車輛會再次進入均衡狀態(tài)，這個時間，應(yīng)不應(yīng)該計入有效均衡?根據(jù)樓主的經(jīng)驗，這個均衡幾乎是無效的。
因為唐和秦的電池組不均衡，絕大多數(shù)是某一兩個電芯電壓過低，需要對另外的大量電芯進行放電。而在低電量時，可以正確的標(biāo)記剩余電芯，高電量下，系統(tǒng)只會標(biāo)記充滿時電壓最高的一個電芯，是一個，可想而知效率是怎么樣的了，幾乎可以忽略不計。
下面講一下，什么樣的電池是沒問題的，什么樣的是有問題的。這里，借用了14款秦的DCT軟件電池監(jiān)控模塊來展示數(shù)據(jù)。唐不支持這個，但是電池組的原理是一樣的。
很多人去檢查電池的時候，發(fā)現(xiàn)自己最低電壓電芯只有2.6-2.8V，感覺這個電芯有問題，進而要求4S店更換，4S套用廠家的表格，給出正常的答復(fù)，客戶就會感覺廠家在敷衍。其實，單個電芯電壓較低是正常的。
最理想的狀況是5%電量是所有電壓電芯均低于3V，這樣電池組所有的電量都被釋放，當(dāng)然，這樣的電池組幾乎是不存在的，它要求所有電芯的一致性非常非常好。一般來說，判斷電池組狀況較好的依據(jù)是在5%的情況下，最低電芯電壓低于3V，而最高電壓電芯電壓低于3.15V(放電到5%的瞬間電壓即可，存放一會兒以后電壓會回升，不比等回升)。
更換電池廠家有自己的標(biāo)準(zhǔn)，如果滿足更換的條件，可以選擇更換，但是樓主更建議先使用正確的均衡方法均衡100小時，如果效果不明顯再換。因為更換完的電芯和原來已經(jīng)有所衰減的電芯是很難匹配一致的。
如果某個電芯有問題，實際容量降低了，那么無論均衡系統(tǒng)如何努力，都是無濟于事的。那么如何判斷電芯問題呢?
均衡問題導(dǎo)致的電壓不一致，是5%的時候最低電壓電芯和100%時最低電壓電芯是同一個。而電芯問題導(dǎo)致的是5%的時候最低電壓電芯在100%的時候反而電壓較高甚至最高了，如果你的電池組是這樣的情況，那么沒別的辦法，換掉有問題的電芯吧!
充電量不足、純電續(xù)航里程不足：電池組均衡有問題或某個電芯有問題，解決方法為首先判斷是哪種情況，相應(yīng)的處理意見前文中已經(jīng)介紹了。
充電跳電：即電池組在充電時在某個百分比(比如96%)，不經(jīng)過后邊的百分比直接達到100%。原因是系統(tǒng)對于電池組容量的標(biāo)記大于實際上電池組的容量。在充電到這個百分比時，已經(jīng)有電芯的電壓達到終止充電的電壓。所以系統(tǒng)停止充電，同時認定此時電量為100%，造成此問題的原因也是充電量不足。
電量較低時電量下降飛快：因為磷酸鐵鋰電池的放電特征，在中間很長的平臺電壓變化很低，系統(tǒng)只能估測剩余電量。而當(dāng)電芯剩余電量到達15%(此時對應(yīng)電芯電壓大約在3.18V)時，電壓會突然下降。
唐和秦的電池管理系統(tǒng)會在有電芯到達此電壓時，重新預(yù)估電池組剩余電量，如果此時剩余電量顯示為30%，而系統(tǒng)重新估測后認為只有15%，那么，管理系統(tǒng)會提高儀表顯示的電量下降速度，造成的結(jié)果就是原來1%可以跑800米，而此時只能跑400米。
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(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作出突發(fā)事件預(yù)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(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(yù)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(biāo)準(zhǔn)的不完善。
技術(shù)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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PACK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(biāo)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(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者的訴求。
（本文綜合自濰坊夏哥，寧德時代）
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