固态电池发展和主流趋势！

锂电那些事今日第二条2024年12月03日 星期二随着新能源汽车的普及，电池管理系统（BMS）作为动力电池的核心部件，其重要性日益凸显。如何在诸多车型中脱颖而出呢?一款性能强大的电动汽车内部一定会有一套优质的电池管理系统，而想要打造优质的 BMS，隔离电源和隔离 CAN 收发器的选择至关重要，那么在 BM S方案中隔离电源和隔离 CAN 收发器该如何选择呢?本文将详细介绍BMS的功能、架构及其在电动汽车中的应用。一、电动汽车BMS简介电池管理系统 (BATTERY MANAGEMENT SYSTEM 简称 BMS) 是连接车载电力电池和电动汽车的重要纽带，其主要功能包括：电池物理参数实时监测，电池状态评估，在线诊断和报警，均衡控制等。为什么电动汽车 BMS 会兴起呢?电动汽车的动力和储能电池均是采用电池组的形式，但基于现有的制造水平，单体电池之间尚不能达到性能的完全一致，在通过串并联方式组成大功率、大容量动力电池组后，苛刻的使用条件也易诱发局部偏差，从而引发安全问题。为对电池组进行合理有效的管理控制，BMS 性能至关重要。 图1 BMS 产品图片 二、BMS 的工作原理 BMS 与电动汽车的动力电池紧密结合在一起，那么 BMS 是如何保证对电池组进行合理有效的管理控制呢?它具体的工作如下。l监测电池的整体情况，通过传感器对电池的电压、电流、温度进行实时检测;l管理电池的工作状态，对电池进行漏电检测、热管理、电池均衡管理、报警提醒，计算剩余容量 (SOC) 、放电功率，报告电池劣化程度 (SOH) 和剩余容量 (SOC) 状态;l电池状态预估，根据电池的电压电流及温度用算法控制最大输出功率以获得最大行驶里程，以及用算法控制充电机进行最佳电流的充电。而这一系列信息传输均是通过 CAN 总线接口与车载总控制器、电机控制器、能量控制系统、车载显示系统等进行实时通信，最终保证对电池组进行合理有效的管理控制，具体的结构框图如图2所示。 图2 BMS 架构框图 三、BMS 应具备的三要素 那么要如何保证 BMS 正常工作呢?让我们从 BMS 在汽车内部的工作环境着手吧。首先，应避免 BMS 模块之间的相互干扰，电源输入前端使用隔离 DC-DC 电源。一台车里有很多 BMS 模块，每个模块都集中从蓄电池里取电，具体电动汽车内部框图如图3所示。为保证每个模块供电不会相互串扰，同时保证 BMS 单个模块的独立性，因此需要在 BMS 的电源输入前端使用隔离 DC-DC 电源，并且输入电压范围应较宽。 图3 电动汽车内部 BMS 框图其次，应保证 BMS 能够与电动汽车进行实时通信，通信前端做 CAN 隔离处理。汽车内部的通信环境较为恶劣，存在着浪涌、脉冲等干扰信号，为保证正常通信，同样基于系统间低耦合性和配合电源安规的考虑，CAN 端也需要做隔离处理，并且对防护等级和传输速率要求较高。最后，应保障驾驶人员的人身安全，需要较高等级的电源隔离防护。由于多个电池串联后，电池组的电压非常高，一般可达 500VDC 左右，是属于对人体有安全威胁的电压，为保障蓄电池低压侧的安全，一般也会用隔离 DC-DC 隔开高压和低压侧。 四、BMS电源与信号隔离推荐方案 由于 BMS 的安全性考虑，系统之间需要进行电源和信号隔离，BMS 主板供电来源于电池组。一般是 12V (也有 24V)，采用较多的是 2W/3W 隔离 DC-DC 电源模块。部分功率要求高的场合也会选用 6W 隔离 DC-DC 电源模块。对于 EMI 要求高的场合，可以在隔离 DC-DC 电源模块输入端加 π 型滤波电路。考虑到 BMS 的安全性，多采用 CAN 通信，相应的在防干扰，隔离等方面就要花费很大心思。 BMS示意图五、BMS的定义与重要性BMS，即电池管理系统（Battery Management System），被誉为电池的“保姆”或“管家”。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。 BMS硬件架构核心功能：实时监控电池电压、电流、温度预估电池剩余容量（SOC）防止电池过充、过放及过热主动均衡电池一致性 一个成熟电池管理系统应具备的十大功能六、BMS的十大功能（1）电池终端模块（主要进行数据采集，如：电压参数、电流参数、温度、通信信号等）；（2）中间控制模块（主要与整车系统进行通讯，控制充电机等）；（3）显示模块（主要进行数据呈现，实现人机交互）。（1）电池参数检测。包括总电压、总电流、单体电池电压检测（防止出现过充、过放甚至反极现象）、温度检测（最好每串电池、关键电缆接头等均有温度传感器）、烟雾探测（监测电解液泄漏）、绝缘检测（监测漏电）、碰撞检测等；（2）电池状态估计。包括荷电状态（SOC）或放电深度（DOD）、健康状态（SOH）、功能状态（SOF）、能量状态（SOE）、故障及安全状态（SOS）等；（3）在线故障诊断。包括故障检测、故障类型判断、故障定位、故障信息输出等。故障检测是指通过采集到的传感器信号，采用诊断算法诊断故障类型，并进行早期预警。电池故障是指电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器故障、执行器故障（如接触器、风扇、泵、加热器等），以及网络故障、各种控制器软硬件故障等。电池组本身故障是指过压（过充）、欠压（过放）、过电流、超高温、内短路故障、接头松动、电解液泄漏、绝缘降低等；（4）电池安全控制与报警。包括热系统控制、高压电安全控制。BMS诊断到故障后，通过网络通知整车控制器，并要求整车控制器进行有效处理（超过一定阈值时BMS也可以切断主回路电源），以防止高温、低温、过充、过放、过流、漏电等对电池和人身的损害；（5）充电控制。BMS中具有一个充电管理模块，它能够根据电池的特性、温度高低以及充电机的功率等级，控制充电机给电池进行安全充电；（6）电池均衡。不一致性的存在使得电池组的容量小于组中最小单体的容量。电池均衡是根据单体电池信息，采用主动或被动、耗散或非耗散等均衡方式，尽可能使电池组容量接近于最小单体的容量；（7）热管理。根据电池组内温度分布信息及充放电需求，决定主动加热/散热的强度，使得电池尽可能工作在最适合的温度，充分发挥电池的性能；（8）网络通讯。BMS需要与整车控制器等网络节点通信；同时，BMS在车辆上拆卸不方便，需要在不拆壳的情况下进行在线标定、监控、升级维护等，一般的车载网络均采用CAN；（9）信息存储。用于存储关键数据，如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电Ah数、故障码和一致性等；（10）电磁兼容。由于电动车使用环境恶劣，要求BMS具有好的抗电磁干扰能力，同时要求BMS对外辐射小。七、BMS的架构组成1. 集中式架构集中式BMS具有成本低、结构紧凑、可靠性高的优点，适用于容量低、总压低的电池系统，如电动工具、机器人、IOT智能家居等。高压区域：负责单体电池电压采集、系统总压采集、绝缘电阻监测。低压区域：包括供电电路、CPU电路、CAN通信电路、控制电路。2. 分布式架构分布式BMS适用于高容量、高总压的电池系统，如电动汽车、储能系统等。其优势在于模块化设计，支持更大的电池系统。从控单元（CSC）：负责电压检测、温度检测、均衡管理。高压管理单元（HVU）：监测电池总压、母线总压、绝缘电阻。主控单元（BMU）：进行电池状态评估、管理及通信。 BMS集中式和分布式架构 八、BMS的核心功能1. 电芯监控技术电压采集：单体电池电压的精确采集。温度采集：单体电池及散热液体温度监测。电流检测：电池组电流的实时检测。2. SOC（荷电状态）技术SOC是BMS中最重要的参数，直接影响电池的续航能力。高精度的SOC估算可以使电池组发挥最大的效能。3. 均衡技术被动均衡：通过电阻放热释放多余电量，电路简单可靠。主动均衡：将多余电量转移至低容量电芯，提高使用效率。 九、BMS在电动汽车中的应用BMS在电动汽车上的应用可追溯到丰田HEV车型。随着锂电池技术的发展，BMS的功能也在不断提升。集中式BMS：适用于小型电动车辆。分布式BMS：适用于大型电动车辆和储能系统。 电动汽车BMS应用图十、BMS的未来发展趋势随着动力电池系统在汽车领域的广泛应用，BMS的标准化和模块化设计成为趋势。标准化的电池Module将提高电池的通用性和可靠性。标准化Module：实现电池管理系统与电池的高度集成。模块化设计：支持不同电池系统的串并联配置。十一、国内BMS产业现状我国BMS企业主要分为电池厂自营、整车厂自营和第三方经营三种类型。宁德时代、比亚迪等企业在BMS领域具有较强的市场竞争力。电池厂自营：掌握核心技术，市场竞争力强。整车厂自营：成本优势明显。第三方经营：提供多样化的BMS解决方案。十二、结论BMS作为新能源汽车的核心部件，其发展直接影响电动汽车的性能和安全。随着技术的不断进步，BMS将在新能源汽车的发展中发挥更大的作用。专业提示：在选择BMS时，应根据具体应用场景，综合考虑电池容量、环境条件、安装方式等因素，选择最适合的BMS架构和功能。 锂电那些事免责声明 本公众 号部分内容来源于网络平台，小编整理，仅供学习与交流，非商业用途！对文中观点判断均保持中立，版权归原作者所有，如有报道错误或侵权，请尽快私信联系我们，我们会立即做出修正或删除处理。谢谢！ 来源：锂电那些事