解析BMS关键技术：对电动汽车来说 电池管理系统意味着什么 -

电动汽车动力电池需要高功率密度、高能量密度、寿命长、环保等要求，而锂电池具有上述优点，因此在电动汽车中得到广泛应用，今天就来说说锂电池和管理他们的系统。

本文引用地址: http://www.21ic.com/app/auto/201708/735435.htm

| 常用电池类型及其应用要求有哪些?

车用锂电池有以下这些：：

等类型，电池放电温度在-20~55℃。充电温度在0~45℃。如果以Li4Ti5O12/LTO为负极材料，充电温度可以达到-30℃，通常锂电池的使用电压范围为1.5V~4.2V(其中C/NCA、C/NCM、C/LMO为2.5V~4.2V;LTO/C/LMO为1.5V~2.7V;C/LFP为2.0V~3.7V)。

通常温度为90~120℃，SEI膜开始进入放热分解(图1)。

图1 电池安全工作区域

有些电解质甚至会在很低的温度下进行分解;当温度超过120℃，SEI膜无法保护碳负极与有机电解质副反应产生气体;当温度超过130℃，隔膜开始融化并切断电池反应。当温度温度更高，正极材料开始分解：

当温度超过200℃，电解质开始分解产生可燃气体。

分解的可燃气与氧气会发生剧烈的化学反应并导致热失控。充电温度小于0℃会导致金属锂在碳负极表面沉积，因此降低电池的循环寿命。在低温极端情况下，会导致电池负极刺穿从而引起短路情况的发生。如果电压过低或者电池过放，相变导致电池晶格崩溃从而影响电池的性能。甚至会引起负极集流片溶解在电解质中。极端的过放同样会导致电解质的减少并产生易燃气体并因此造成潜在的安全风险。高电压和过充会破坏正极构成并导致大量的热产生。同样会导致金属锂沉积在负极表面并加速容量衰减和导致电池内部短路并引发安全问题，电池电压在4.5V左右电解质开始分解。

|锂电池在电动汽车上的应用情况

目前有多种类型的动力电池用在电动汽车上，广泛应用的动力电池一般以LMO、LFP、NCM、NCA为正极材料，同时采用碳负极材料，同时LTO也被开发用于提高电池的续航里程和快充能力。

表1 电动汽车的锂电池应用情况

BMS功能及其关键技术

| BMS功能

目前商用电池必须要有BMS。通过BMS能够控制和管理电池更加有效率，每一个电池工作在可运行的区间范围内，避免电池的过充过放和热失控问题发生。单个电芯的容量比较低，需要很多个电芯集成成模组、一个电池系统包含多个模组。通常一个电池系统中包含上百个，甚至上千个电芯。如何保持电芯工作在合适的区间内，BMS发挥着重要的作用。

BMS功能为监视电池状态，建立电池状态、保护电池、上报数据、均衡等。BMS在整车中主要任务有：

1、保护电芯和电池包不受到损害;

2、使电池工作在合适的电压和温度范围内;

3、在保持电池在合适的条件运行后，满足整车的需求。

当然BMS同时需满足相关标准法规要求。BMS基本的硬件架构如图2。

图2 BMS基本硬件架构

4、电池参数检测：包括总压、总电流、单体电压检测、温度检测、绝缘检测、碰撞检测、阻抗检测、烟雾检测等等。

5、电池状态建立：包括SOC、SOH、SOF。

6、在线诊断：故障包括传感器故障、网络故障、电池故障、电池过充、过放。过流，绝缘故障等等。

7、电池安全保护和告警：包括温控系统控制和高压控制，当诊断出故障、BMS上报故障给整车控制器和充电机，同时切断高压来保护电池不受到损害、包括漏电保护等。

8、充电控制：BMS慢充和快充控制。

9、电池一致性控制：BMS采集单体电压信息、采用均衡方式使电池达到一致性、电池的均衡方式有耗散式和非耗散式。

10、热管理功能：电池包各点的采集温度，在充电和放电过中，BMS决定是否开启加热和冷却。

11、网络功能：包括在线标定和健康，在线程序下载。通常采用CAN网络。

12、信息存储：BMS需要存储关键数据如SOC、SOH、充放电安时数、故障码等。

| BMS关键技术

BMS的关键技术有电池单体电压的精确测量、电池状态的建立、电池的一致性均衡、电池的故障诊断技术等。

1、单体电压测量

单体电压测量的难点：

a、电池系统中有很多电池串联在一起，需要多通道对电池电压进行采集。每个电池的电压可能不同，这给硬件电路设计带来困难。

b、电芯电压的测量需要有很高的采集精度，特别是建立电池的SOC状态需要有很高的采集精度要求。

下面以C/LPF和C/NCM为例：图3反应了不同的开路电压与SOC的对应关系，从图中可以看出C/NCM的OCV取消斜率比较抖，最大每mv电压对应的soc变化率为0.4%(除了60~70%)，如果电池的测量精度在10mv，那么SOC根据OCV的对应关系建立的状态误差不会超过4%。对于C/NCM电池，电芯的测量精度在10mv以内，但是对于C/LFP的OCV曲线比较平坦，电压对应的soc变化率为都超过了4%，所以需要单体电压的采集精度要很高，然而大多数采集芯片的精度只能达到5%左右。目前单体电压采集主要采用集成芯片的方式进行采集，在表2中列出了一些集成芯片。