有关动力锂离子电池管理系统BMS深度分析-锂离子电池加工-叉车锂电池_叉车锂电池加工

动力锂电池办理体系（BatteryManagementSystem，缩写BMS），电动汽车动力锂电池包的低压办理体系，在整个电动汽车上的方位如下图所示：

BMS在整车体系中的方位

咱们看到，电池办理体系和动力锂电池组一同组成电池包全体。与电池办理体系有通讯联系的两个部件，整车操控器和充电机。电池办理体系，向上，经过CANbus与电动汽车整车操控器通讯，上报电池包状况参数，接纳整车操控器指令，合作整车要，确认功率输出；向下，监控整个电池包的运转状况，维护电池包不受过放、过热等非正常运转状况的侵害；充电进程中，与充电机交互，办理充电参数，监控充电进程正常完结。

2BMS组成

大型动力锂电池包

电池办理体系，总的来说，都是由主控模块和收集模块或许叫从控模块一起构成的。单体电压收集、温度收集和均衡功用一般分配在从控模块上；总电压，总电流的收集，表里部通讯，毛病记载，毛病决议计划，都是主控模块的功用。

BMS功用结构

依照收集模块和主控模块在实体上的分配安置不同，BMS分为会集式和散布式两种。

会集式，方式上，整个办理体系安顿在一个盒体里。全部电压，温度，电流收集信号线，直接连接到操控器上。收集模块和主控模块的信息交互在电路板上直接完成。这种方式一般用在整体电压比较低，电池串数比较少的小型车上。

可取之处在于，省去了从板，从而省去了主板从板之间的通讯线束和接口，造价低，信号传递可靠性高。

缺陷也很显着，全部线束都直接走线到操控盒，不管操控器安置在什么方位，总有一部分线束会跑长线。信号遭到搅扰的几率新增，线束质量和制造水平以及固定方式也遭到检测。

散布式，一个主控盒和几个从控盒一起组成。主控盒只接入通讯线，主控担任收集的信号线，给从板供给的电源线等有必要的线束。从控盒，安置在自己担任收集温度、电压的电池模组附件，把收集到的信号经过CAN线报告给主控模块。有的电池模组，直接把电压、温度收集线做在模组内部，用一个线对线连接器引出。电池包拼装时，直接对插连接器即可。

散布式，重要应用于高电压体系，电池串数多，或许商用车这种一辆车上安置几个电池箱的情况。

这样的规划，确实带来了本钱的小幅进步。但一起减少了线束应用，下降了现场接线作业量，也就下降了接线过错的几率。散布式，是合适于大批量，自动化出产的规划方式。

3BMS功用

3.1从控模块功用

从控模块，一般只具有电压、温度收集功用和均衡功用。因为电池体系要求的功用越来越多，也有厂家开端给从板增加操控功用，例如新增接触器触发端口，用以操控散布在从板附近的电器，像加热器、灭火器之类。

均衡功用，作为从板反用处于电池包，起到优化电池体系功用的一项才能要多说一句。

均衡，分为自动均衡和被迫均衡。

所谓自动均衡，是能量的转移，基于削峰填谷的理念。具体的完成方式多种多样，有用变压器将总能量部分的转移到电压偏低的电池上的，也有利用电容电感等储能器材，从电压高的电芯放出一部分能量，再充入电压低的电芯。

所谓被迫均衡，是能量的耗费，把电压高的电芯接入电阻回路，让多出来的电量耗费在电阻上。

二者各有好坏之处。

自动均衡，可以做到比较大的电流，均衡的作用比较显着；能量仅仅转移了一下，没有消失，是一种节能的作业方式。但自动均衡要的变压器、电容、电感等器材，体积比较大，造价比较高，使得理论上具有优势的自动均衡战略至今还没有得到遍及的应用；

被迫均衡，受电阻发热的约束，均衡电流无法做的太大，故而作用不是特别抱负。但优势在于，体积小，体系结构简单，造价低。在产品要求不是特别高的场合，客户反而会挑选被迫均衡体系，以进步产品性价比。一起，经过每隔一段时刻，对电芯进行维护，来处理均衡不充分形成的电池压差偏大问题。

3.2主控模块功用

不同厂家规划的功用略有差距，并且跟着技能的开展和商场对电池办理体系要求的进步，一些功用逐渐被新增进来。

监测收集方面的功用：电池包整体参数收集和核算，比方总电流，总电压，最高最低单体电压，最高最低温度点温度，绝缘情况。

电池包状况估计和办理：荷电状况SOC(StateOfCharge)，健康状况SOH(StateofHealth)，安全状况SOF，功率状况SOP(StateOfPower)，功用状况SOF(stateoffunction)，以及热办理等等。

SOC，当时电池荷电量占当时整体可用容量的百分比，表征当时剩下电量的多少，反响在车辆仪表盘上可能变成了剩下路程数。

SOH，各家含义略有不同，干流是依照当时电池包总容量占新电池初始容量的百分比，表征电池包老化程度的一个重要参数。实际上，国标要求的动力锂电池退役目标，便是依照容量特点来含义的。

SOP，锂离子电池加工企业生产的动力锂电池的放电才能，跟着SOC的下降，以及环境温度的改变，会有所不同。剩下电量太少，温度过高或许过低，电池包都要下降功率作业，以维护电池不受不可逆的损害，避免发生热失控事故。

SOF，是个比较新的概念，由SOC和SOH一起确认，如下图。

SOF示意图

目前干流的咱们都在做的是SOC，跟着加入电动汽车出产竞争行列的厂家越来越多，商场越来越成熟，安全和功用的要求也会日益进步。其他几个有用的状况估计，应该会逐渐成为BMS算法规划的必选项。

热办理

前面几个功用都是对电池包当时状况的反响，而热办理功用，则使得电池办理体系可以对电池包施加自动用处。电池温度过高时，热办理体系开动冷却功用，电池温度过低无法发动行车时，热办理体系开动加热功用。关于主控模块，热办理仅仅一套算法和几个接触器操控端口。热办理技能含量，重要会集在冷却加热设备以及与之匹配的冷却呈现冷凝水、风冷处理密封等级等等具体问题上。

具有热办理功用，对整个电池体系含义重大，是规划者可以阻止热失控发生的重要手法，是从规划上保障动力锂电池安全和延伸运用寿命的不二法门。

绝缘监测

实时监测电池包体系的绝缘情况，因为对电气体系的影响重大，绝缘毛病被含义为级别最高的毛病类型。

动力锂电池包

4动力锂电池包运用安全

4.1正常运用进程中的安全问题

动力锂电池包的安全问题，从根本上说都是电池体系热失控问题。体系散热才能与体系生热才能不匹配，热量在体系内堆集，电池温度上升，终究导致燃爆等恶略后果。借用一张图来说事。

锂离子电池热失控示意图

上图表现的是功用正常的电芯，热量堆集引发热失控的进程。碰击，穿刺等机械损害形成的热失控，不在这张图的描述规模。

锂离子电池负极SEI膜，是在体系温度上升进程中，最早呈现失效的结构，反响开端温度在90到100左右。考虑电池的表里温差以及保留部分冗余规划，这便是咱们的电池包作业温度上限一般设置在50到60之间的原因。

正常运用中，避免热失控，一方面避免过多热量的呈现和堆集；另一方面，进步热办理水平，让电池在它最合适的温度环境下作业。

4.2带来热失控危险的行为

在过高温度下运用

原因如前面所述，从锂离子电池负极SEI膜溶解开端，失去维护的负极与电解液反响放热，电解液分解放热，正极分解放热，这些热量堆集起来，反响逐渐加重，反响从一只单体蔓延到附近电芯，一个模组的反响，给整个电池箱内的电芯加热，这便是所谓热失控的进程。

在过低温度下运用

电池包都会标示一个运用温度规模，低于下限温度，电池也是无法正常作业的。低温放电，理论上没有跟热失控有清晰关联，但低温形成电解质活性下降，导电才能变差，从而导致放电才能变差，便是咱们所谓的放不出电来，车子没劲儿。假设是低温强行充电，则会形成负极析锂问题，容量会遭到永久损害不说，分出的锂堆集在那里，是热失控的重要原因。

过大倍率运用

超越电芯允许才能的大倍率放电，体系热量不能及时散去，热量堆集，逐渐加大了热失控的危险。一起，过大倍率的放电，使得正极资料的锂离子嵌入进程超速进行，形成正极晶格崩塌，容量永久性损失。

大倍率充电，使得锂离子经过SIE膜的速度低于锂离子向负极积累的速度，呈现锂单质在负极外表堆积现象，假设进程重复进行，锂枝晶不断成长，终究会刺破隔阂，形成内短路，引发热失控。

过充过放电

过充，充电截止电压超越了电芯的最高电压，形成正极活性资料晶格塌陷，锂离子脱嵌通道受阻，使内阻急剧升高，呈现很多热；负极堆积了过量的锂单质，附着在负极外表，所谓析锂现象。正负极的反响进程都容易终究走向热失控。

过放，本来应该是锂离子从负极脱出，嵌入正极晶格，但负极没有那么多的正离子可以供给，使得负极的集流体铜排失去铜离子，铜离子游离在电解质中，附着在正极或许负极，都会形成整个体系的失效。

BMS从板

5BMS在热失控危险防备上的用处

5.1BMS的已有功用

关于热失控危险的防备，BMS重要是起到监督用处，避免电池乱用发生。

温度，BMS有清晰的作业温度阈值设置，针对充电，放电均有最高最低的温度约束，超越设置约束，体系不得开启或许有必要降功率运转；

电压，针对过充过放危险，BMS设置有最高最低的充电和放电电压阈值，确保在触及电压阈值时，体系自动停止运转。