電池管理系統BMS的作用及特點

　　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開始侵占著原本屬于傳統燃油汽車的市場，作為目前新能源汽車最大的市場，中國的企業依靠著新能源汽車首次與國外企業站在同一起跑線，不斷涌現的新技術新工藝，讓中國的新能源汽車行業有了更充足的底氣去放眼世界，心系未來。

　　提到傳統燃油汽車的核心關鍵自然離不開俗稱的“三大件”：發動機、底盤以及變速箱，在這“三大件”上，中國技術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仍是較新的行業，各國企業的起步相差并不大，這也讓我國企業在汽車這個1886年發明至今的多用途動力驅動工具上擁有了與國外企業一較高下的條件。本文重點給大家介紹新能源電動汽車“三大件”里的電控（業內普遍稱之為電池管理系統BMS）。

　　新能源電動汽車與傳統燃油汽車最大的區別是用動力電池作為動力驅動，而作為銜接電池組、整車系統和電機的重要紐帶，電池管理系統BMS的重要性不言而喻，國內外許多新能源車企都將電池管理系統作為企業最核心的技術來看待，最著名的例子就是大家耳熟能詳的特斯拉，特斯拉的電動汽車“三大件”中，電池來自于松下，電機來自于***供應商，而只有電池管理系統是特斯拉自主研發的核心技術，2008年-2015年期間特斯拉所申請的核心知識產權大都與電池管理系統相關，由此可見電池管理系統對于新能源汽車的重要性。而國內，電池管理系統BMS的研發生產主要集中在這三類企業：

　　1、新能源汽車廠商，代表企業：比亞迪

　　2、電池PACK廠商，代表企業：沃特瑪、普萊德

　　3、專業BMS廠商，代表企業：惠州億能、深圳國新動力

　　電池管理系統BMS到底有什么作用？

　　電池管理系統BMS是一個本世紀才誕生的新產品，因為電化學反應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督調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

　　準確估測動力電池組的荷電狀態 （State of Charge，即SOC），即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內，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。

　　2、動態監測動力電池組的工作狀態

　　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，防止電池發生過充電或過放電現象。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，為進一步優化和開發新型電、充電器、電動機等提供資料，為離線分析系統故障提供依據。

　　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。均衡技術是目前世界正在致力研究與開發的一項電池能量管理系統的關鍵技術。

　　目前市場上技術先進的BMS應該有什么特點？

　　技術先進、產品穩定可靠將是未來BMS產品的核心特點，那什么樣的產品才是技術先進、穩定可靠的產品呢？因為國內各大企業BMS標準仍未統一，故此以深圳國新動力的BMS性能特點為例，從技術、功能、品質、標準規范四個維度說明。

　　先進的技術：

　　1.企業掌握電池SOC核心算法；

　　2.掌握健康狀態估算，最大允許瞬時（5s/30s）及持續充放電功率估算；

　　3.掌握高效的均衡管理技術，先進的散熱機制，最大可支持200mA的被動均衡電流；

　　4.掌握業內領先的高精度測量技術，總流總壓精度可達0.5%FSR；

　　5.可選配多功能數據記錄儀，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，適用于業內各類主流方案；

　　穩定的品質：

　　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控，監控范圍可達-40~125℃；

　　符合標準規范：

　　1.支持充電國標GBT 20234-2015及GBT 27930-2015；

　　2.支持ISO26262國際安全標準中產品功能安全生命周期管理的要求；

　　3.支持CCP標定協議、UDS、OBD-ii診斷協議。

　　國內電池管理系統BMS的困境

　　新能源汽車的發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于新能源汽車的“丑聞”：自燃、虛假續航里程等，而為什么會出現這些使用問題呢？沒有使用電池管理系統或使用劣質的不成熟的電池管理系統是主因。實際上，新能源汽車的安全性問題，一直是政府和汽車產業的重點工作之一。不久前，科技部、財政部、工信部和發改委等四部委，已經聯合發布了新能源汽車示范推廣“安全令”（即《關于加強節能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》），強調“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狀態實時監控系統（簡稱BMS），特別是要加強對動力電池和燃料電池工作狀態的監控”。

　　電動汽車自燃原因多種多樣，并非安裝了電池管理系統就可以高枕無憂的，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，無法實時精準地監控電池充放電狀況，極易造成電池芯局部功耗過大，產生局部熱量，且信息無法傳遞至駕駛員，極易導致電池自燃發生。業內人士認為，安裝優秀的電池管理學BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監控電池組及各電池單芯的運行狀態，有效預防電池組自燃，如遇緊急情況提前對司機作出突發事件預警，為保障安全贏得時間。

　　新能源汽車和電池管理系統的未來

　　中國新能源汽車產業始于21世紀初，迄今發展不過十數年，由于人們對于環保和可再生能源的渴求，新能源汽車才迎來了發展機遇，之后便一發不可收拾，在很長的一段未來里，新能源汽車都會作為一個挑戰者去侵占原本屬于傳統燃油汽車的廣大市場，而且由于社會發展的需要，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展的同時，我們必須清楚地認識到，技術的發展才是行業發展的基礎，而穩定、高效、安全、可靠的產品就是技術的體現，我們必須要知道，國內目前的新能源汽車行業并不友善，頻發的電動車自燃事件和虛假續航里程，都暴露出國內目前新能源電池組、電池管理系統的設計、檢測、生產的標準的不完善。

　　目前國內的BMS企業有上百家，而歐美發達國家卻只有數家，大型新能源汽車廠商要么選擇自家研發的電池管理系統要么采用具備國際競爭力的德日美為首的BMS生產企業，其實中國國內并不缺乏優秀的BMS生產企業，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品品質的企業，其BMS系統已實現批量量產導入，配置在陜西通家和眾泰汽車的部分新能源車型里，也可根據實際需求應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、儲能系統等領域，其穩定、高效、安全、可靠的BMS平臺產品備受客戶推崇。

　　技術參數及標準的缺失，也沒有權威機構對廠家生產的BMS進行權威檢測，這是目前國內BMS市場的困局，導致了BMS產品的良莠不齊，難以大面積推廣。同時，目前國內很多汽車廠商及電池PAC企業對于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，這也是對整個行業的不負責任和傷害。只有盡快建立統一的行業標準，打壓不符合市場要求的生產商，建立健全的檢測體系，電池管理系統和新能源汽車才能擁有可持續發展的未來，這也是諸多廠商和消費者的訴求。

　　電池管理系統的基本功能

　　1）監測單體電芯的工作狀況，例如單體電池電壓、工作電流、環境溫度等。

　　2）保護電池，避免電池工作在極端的條件下發生電池壽命縮短，損壞，甚至發生爆炸、起火等危害人身安全的事故。

　　一般而言，電池管理系統必須具備以下電路保護功能：過壓和欠壓保護、過流和短路保護、過高溫和過低溫保護、為電池提供多重保護以提高保護和管理系統的可靠性 （硬件執行的保護具有高可靠性、軟件執行的保護具有更高的靈活性、管理系統關鍵元器件失效的保護為用戶提供第三重保護）。這些功能可以滿足大部分手機電池、電動工具和電動自行車應用的需要。

　　3 電動汽車對電池管理系統提出更高挑戰

　　電動汽車電池集成系統是一個開放的動力系統，它通過汽車級CAN總線進行通信，和車輛管理系統、充電機、電機控制器協同工作，以滿足汽車以人為本的安全駕駛理念。因此汽車級電池管理系統必須做到：滿足TS16949 和汽車電子的要求、實現高速數據采集和高可靠性、汽車級CAN總線通訊、高抗電磁干擾的能力（最高級別的EMI/EMC要求）、在線診斷功能。

　　其主要功能為：

　　電池電壓和溫度等信息的高速采集；實現電池高效率均衡，充分發揮電池集成系統的容量從而提高電池集成系統的壽命，同時減小熱量的產生；

　　電池的健康狀況和剩余電量的估算和顯示；

　　高可靠的通訊協議 （汽車級CAN通訊網絡）；

　　動力總成技術要保證電池發生任何安全使用的前提下，充分發揮電池的潛力，保證電池的性能，提高電池的壽命；

　　電池的溫度和散熱管理，是電池系統工作在溫度相對穩定的環境條件；

　　漏電檢測以及復雜的地線設計。

　　由于電動汽車中電池的分布環境非常復雜，處于高壓大功率的工作狀態，對EMI/EMC要求非常高，這就為電池管理系統的設計帶來了更大的挑戰。