BMS技术！电池管理系统对于电动汽车意味着什么？

电动汽车动力电池需要高功率密度、高能量密度、长寿命、环保等要求。

锂电池具有上述优点，因此在电动汽车中得到广泛应用。

今天我们来谈谈锂电池及其管理系统。

常用的电池类型及其应用要求有哪些？车用锂电池具有以下特点：电池安全工作区的一些电解液在很低的温度下甚至会分解；当温度超过℃时，SEI膜无法保护碳阳极和有机电解质，因副反应而产生气体；当温度超过℃时，隔膜开始熔化并切断电池反应。

当温度较高时，正极材料开始分解：当温度超过℃时，电解液开始分解，产生可燃气体。

分解的可燃气体会与氧气发生剧烈反应，引起热失控。

低于0℃的充电温度会导致金属锂沉积在碳负极表面，从而降低电池的循环寿命。

在极端低温条件下，电池负极可能会被刺穿，导致短路。

如果电压过低或电池过度放电，相变会导致电池晶格崩溃，影响电池的性能。

甚至可能导致负极集电体溶解在电解液中。

过度放电还会导致电解液减少并产生可燃气体，从而带来安全隐患。

高电压和过度充电会破坏正极成分并产生大量热量。

它还会导致金属锂沉积在负极表面，加速容量衰减，造成电池内部短路，引发安全问题。

当电池电压在4.5V左右时电解液开始分解。

锂电池在电动汽车中的应用目前电动汽车使用的动力电池种类较多。

目前广泛应用的动力电池一般采用LMO、LFP、NCM、NCA作为正极材料，采用碳负极材料。

同时，LTO还进行了开发，以提高电池的续航里程（参考、图片、查询）和快速充电能力。

锂电池在电动汽车中的应用BMS功能目前，商用电池必须具备BMS。

通过BMS可以更有效地控制和管理电池。

每个电池都在可操作范围内工作，避免电池过充、过放和热失控问题。

单个电芯容量较低，需要将多个电芯集成成模块。

一个电池系统包含多个模块。

通常一个电池系统包含数百甚至数千个电池。

如何保持电芯工作在合适的范围内，BMS扮演着重要的角色。

BMS的功能是监测电池状态、建立电池状态、保护电池、报告数据、平衡等。

BMS在车辆中的主要任务是： 1、保护电芯和电池组免受损坏； 2、使电池工作在合适的电压和温度范围内； 3. 使电池保持在适当的条件下运行后，必须满足车辆的要求。

当然，BMS还必须满足相关的标准和法规。

BMS的基本硬件架构如下图所示。

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

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。

7、电池安全保护及报警：包括温控系统控制和高压控制。

当诊断出故障时，BMS将故障报告给整车控制器和充电器，并切断高压以保护电池免受损坏，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收集电芯电压信息，采用均衡方法使电池保持一致。

电池平衡方法包括耗散式和非耗散式。

10、热管理功能：采集电池组各点温度。

在充电和放电过程中，BMS决定是否打开加热和冷却。

11、网络功能：包括在线标定与健康、在线程序下载。

通常采用CAN网络。

12、信息存储：BMS需要存储SOC、SOH、充放电时间、故障码等关键数据。

BMS关键技术 BMS的关键技术包括电池单体电压的精确测量、电池状态的建立、电池一致性电池电压测量难点： a．电池系统中有很多电池串联，需要多个通道来采集电池电压。

每个电池的电压可能不同，这给硬件电路设计带来困难。

b.电池电压的测量需要很高的采集精度，尤其是建立电池的SOC状态需要很高的采集精度。

我们以C/LPF和C/NCM为例：图3反映了不同开路电压与SOC的对应关系。

从图中我们可以看出，C/NCM的OCV抵消斜率比较抖动，每mv最大电压对应的SOC变化率为0.4%（60~70%除外）。

如果电池测量精度为10mv，那么SOC根据OCV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，但对于C/LFP，OCV曲线比较平坦，电压对应的SOC变化率超过4%，因此单电芯电压采集精度需要非常高。

但大多数采集芯片的准确率只能达到5%左右。

目前单电压采集主要采用集成芯片。

部分集成芯片如表2所示。

不同开路电压与 SOC 的关系以及各 mv 电压对 SOC 的影响（实验温度 25℃，静置 3 小时） 不同的单电压采集芯片及其采集精度 2. 电池状态建立 电池状态包括SOC、SOF 和 SOH。

它们之间的关系如下： BMS状态建立算法框架 3.Soc算法包括： 1）放电测试方法； 2）累计安时法； 3）开路电压法，基于OCV和SOC一一对应，精度比较高，但电池需要长期静置（同时需要考虑电压迟滞，因为如图5所示）；磷酸铁锂充放电OCV曲线（实测温度25℃，静置3小时） 4、电池模型建模：开路电压法需要长时间休息，在线等待开路电压电池的使用需要使用电池型号。

常用的电池模型包括等效电路模型和电化学模型。

等效电路模型可以表示为： 如果已知电池模型参数，则很容易获得电池的开路电压。

根据OCV-SOC曲线表，查询得到电池的SOC状态。

通常电池模型采用Rint模型、一阶RC模型、二阶模型。

二阶模型的最大SOC误差为4.3%，最小误差为1.4%。

采用电池模型法。

准确率和模型复杂度是需要考虑的关键点。

目前有效的电路模型有等12种。

电池模型可用于动态建立SOC。

SOC的精度取决于模型的精度和信号采集的精度。

根据相关文献，辨识了12个等效电路模型的参数，并对模型的精度和复杂度进行了比较。

结果发现，在一阶模型中加入迟滞更适合磷酸铁锂电池。

该模型结构简单，精度较高。

电化学模型以物质传递为基础，涉及化学热力学理论和电化学理论。

它与电池内部许多材料的参数密切相关，很难准确表达。

通常用于电池性能分析和电池设计。

5、神经网络模型：通过神经网络模型的非线性映射特性，不考虑电池的详细信息，具有普适性，适合建立不同电池的SOC状态。

然而，需要大量的训练样本数据，并且训练数据和训练方法极大地影响电池SOC的准确性。

神经网络模型需要大量的数据计算，需要高性能的CPU芯片。

6、模糊算法：需要对电池有足够的认识和了解，计算量比较大。

7. 根据其他电池特性估算 SOC：比较交流内阻和直流内阻。

其中，电池直流内阻与SOC的关系（测量温度为25℃，HPPC测试方法） 8、基于以上2种或2种以上的积分算法：目前的积分算法包括简单修正、加权融合算法、卡尔曼滤波器（或扩展卡尔曼滤波器，EKF）、滑模观测器等。

简单修正积分算法主要包括： 1.）安时积分算法和开路电压修正：安时积分算法满后对SOC进行标定，等。

对于纯电动汽车：工作条件简单。

车辆行驶过程中，除再生制动外，主要处于放电状态。

车辆充电时，电池处于充电状态，开路电压的迟滞很容易建立。

b.电池组的容量比较大，但是安时积分相对于电池组的容量来说还是比较小的。

C。

充满的概率较高，通过开路电压校准初始SOC可以满足纯电动汽车SOC的精度要求。

2.) 加权融合算法： 图7 加权融合算法 目前，加权融合算法已应用于通用汽车的混合动力汽车中。

不同SOC算法的对比如下： SOC算法特性对比 SOC算法精度对比 BMS管理并控制动力电池在合适的温度和电压范围内工作。

可见BMS对于电动汽车的续航里程、电池寿命、电池安全性等方面发挥着重要作用。

重要性。

今天简单介绍了BMS的硬件架构和软件功能，以及SOC算法的几个重要关键点，以及它们相关的复杂度和算法精度。

后续我们将基于NCA、NCM、LFP电压迟滞和SOC算法进一步讨论OCV~SOC曲线的变化。

欢迎大家交流。