走进宁德时代的电池管理系统(BMS)
来源:小九体育直播 发布时间:2023-12-01 20:15:00如果把电芯比作人体的心脏,模组和电池包比作强健的体魄,那么整个动力电池系统要平稳运行,还需要一个支配身体的智慧大脑,那就是BMS。
电池管理系统(Battery Management System,简称BMS)是连接电池和电动汽车的重要纽带,其精准的控制和管理为电池的完美应用保驾护航。
“龙生九子,各有不同”。即使同一批次生产的两个单体电芯,因生产工艺误差、使用环境差异等,其性能也不可能完全一致;在使用的过程中这种不一致性会逐渐扩大,有极大几率会出现过充、过放和局部过热的危险,严重时影响到电池组的常规使用的寿命和安全。
关于BMS的功能,行业内关于其分类方式不完全一样。不过从用户的角度来理解,可大致划分为两大功能—— “电池体检”和“安全卫士”。
数据采集,可简单理解为给电池做例行的“体检”;在充放电过程中,实时采集电池组中每块电池的端电压、温度、充放电电流及总电压,防止电池发生过充电或过放电现象。
这种“体检”是在线的、持续的、不间断的。过程中当发现数据异常时,可及时查询对应电池状况,并挑选出有问题的电池,从而保持整组电池运行的可靠性和高效性。
宁德时代掌握业内领先的高精度测量技术,总流总压精度可达千分之五;采样数据精度很高,通过实时了解电池真实工作状态,及时做出判断与修正。
“体检”结束之后,会进入分析、诊断、计算的阶段,之后生成“体检报告”,这样的一个过程能够理解为电池的状态评估。
电池组的荷电状态 (State of Charge,即SOC),即电池剩余电量。SOC是判断电池过充及过放等一系列故障的基础,精确的估算SOC,可防止电池过充和过放,延长电池的常规使用的寿命,来提升电池的利用率。
其实,除了SOC估算,还有SOH(State of Health),SOP(State of Power),用户可通过车上仪表显示,看到这一些数据,从而确认电池的工作、功能状态。据此,在保护电池的基础上,将潜力发挥最大化,极大的提升驾乘体验。
因此SOC等数据估算的准确与否,就显得很重要。估算不准带来的后果,有很大的可能是汽车抛锚、与预期的行驶里程数不符等。
举个例子,满电情况下续航里程为400公里的车辆在道路行驶。若估算准确,当SOC显示为10%时,还可能行驶的里程是40公里;若估算不准,SOC达到15%,则用户觉得的里程为60公里,事实上可能在行驶40公里之后,就已经没电了。很显然,对于用户来说,这样的情况很糟糕。
关于电池状态的估算,需要经过一系列复杂的计算。宁德时代掌握了精确的核心算法,通过基于电池参数的估算方法,有效消除累积误差的影响,估算更精确。NCM估算精确度在3%,LFP在5%左右。
BMS还有另一大核心功能,就是“安全卫士”。实际上的意思就是保护的作用,这包括电池的自我保护和人身安全的保护。
众所周知,电池过充、过放会带来局部过热,影响电池使用寿命不说,严重时会威胁到电池组的安全,进而引发人身安全风险隐患。这时,BMS的“充放电管理”模块就开启了保护职能,一方面与整车、充电机实现通讯,另一方面实时提供电池状态,便于及时发出指令控制,有很大效果预防高充、低放的发生。
在保护电池的模块,均衡也是很重要的一环,是保护并提升电池使用寿命的必要手段。另外,电池的保护还包括过压、欠压、过温、过流等的保护。简单来说,当实际参数高于或低于某约定值时,系统将自动做出判断,并采取断开、预充等方式保护电池安全。
在人身安全方面,BMS通过高压控制的手段来保护。电池高压可达300-500V,远超人体安全电压36V,风险隐患极大,一定要做好高压控制,最常见的就是继电器、高压互锁、绝缘防护。周全的高压防护控制,可有效保护司机、乘客和维护人员的人身安全。
提到安全,就必须提功能安全了。宁德时代始终以做世界第一安全电池为发展目标,是业内率先进入功能安全领域,同时最为完善的电池企业。
在整个平台开发过程中,BMS严格遵守并满足国际标准ISO26262,项目经验比较丰富,先后在宝马、大众及PSA项目中进行了功能安全管理及开发;功能安全逐步形成宁德时代的代差优势,也获得了更多国内外整车厂的认可。
ISO 26262标准根据安全风险程度,划分由A到D的安全需求等级(Automotive Safety Integrity Level ,ASIL),其中D级为最高等级,需要最苛刻的安全需求。等级越高,对系统的安全性要求越高,为实现安全付出的代价越高,意味着硬件的诊断覆盖率越高,开发流程越严格,相应的开发成本增加、开发周期延长,技术方面的要求越严格。
ASILD等级,失效率为10^-8/h,意味着1辆车假定每天运行4小时, 需要运行7万年才出现1次由BMS导致的功能性故障。而如此低概率的失效率,可媲美飞机运行时的要求。通常来说,汽车行业对零部件的要求是B或C等级。
目前国内在功能安全领域,尚处于起步阶段。宁德时代接轨国际水平,已经有多个项目产品量产,如宝马、大众及长城先后实现了功能安全ASILC等级水平。
其实,BMS的功能远不止这些,可谓“小身材,大智慧”。电池管理系统协同电池包,为整车提供强大的动力电池系统。未来,宁德时代也将携手同行,踏上更高更远的征程!
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