如何讓電動汽車確保動力電池高效和安全地運作 核心就在BMS
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根據國際能源署的報告,2016年在全球行駛的電動汽車達到了200萬輛,到2020年全球電動汽車的保有量將增長到900萬-2000萬,而這個資料在2025年將增加到4000萬-9000萬,
不過同時會把人們“驚”到的,還有不時見諸報端的電動車安全事故。有人將2010年以來中國發生的49起電動汽車事故進行了分析,發現有50%都與“電池”相關。這也難怪,作為電動汽車“心臟”的電池組,是由數以千計的單體鋰電池構成的。鋰電池是目前能量密度最高的可商用的電池技術,據估算2017年全球鋰離子動力電池的需求量大約為50GWh。
BMS是伴隨著電動汽車的發展而發展起來的一個新技術,
從BMS的技術架構來看,其最核心的功能包括:
準確的電池狀態估測。即對電池組的SOC(荷電狀態)、SOP(功率狀態)和SOH(健康狀態)等參數做出準確的測量和估算,可以完成動態監測,對每塊電池的狀態做出診斷,為其建立使用歷史資料檔案,為資料分析和控制決策提供依據。
能量均衡。由於實際工作中電池組中的每個電池性能表現會出現差異,
保護功能。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,確保在故障發生時能夠做出快速回應。
資料通信功能。通過CAN匯流排或其他方式建立資料通信機制,並向顯示系統、整車控制器、充電機等外部設備傳輸資料,甚至可以配備無線傳輸功能,連接至雲端。
表1,被動均衡和主動均衡技術策略比較
為了支撐BMS的上述功能,各個技術廠商都在積極開發產品和解決方案。比如MaximIntegrated的MAX14920/MAX14921電池測量模擬前端器件,可以支援高精度採樣電池電壓,並提供電平轉換,可支援多達16節/+65V(最大)的主/輔電池組,通過外部的FET驅動器可支援被動電池均衡。
如果說MaximIntegrated提供的是高性能“單品”,TexasInstruments(TI)提供的則一道“套餐”。基於其TI的bq76PL455A-Q1集成式16節電池監視和保護器件,可搭建一套完整的被動電池均衡解決方案。bq76PL455A-Q1可監視和檢測包括過壓、欠壓、過熱和通信故障等多種故障,最多允許十六個bq76PL455A-Q1器件通過單個UART介面與主機通信。
圖,TI的被動電池均衡方案
NXP憑藉其完整的汽車電子產品線,可提供包括微控制器MCU、模擬前端電池控制器IC、隔離網路高速收發器、系統基礎晶片SBC等在內的完整的電池管理系統解決方案,通過該方案客戶可管理高達800V以上的高壓。
圖,NXP整體BMS解決方案
除了上述晶片級的“硬功夫”,設計一個BMS系統還需要相應的“軟實力”,即核心演算法的開發。一個優秀的演算法,不僅可以提高對電池組狀態估測的精確度,還會具有很強的糾錯能力,從而抵消可能由於電池品質等硬體因素造成的影響,使得對一致性不太好的電池同樣能夠實現精確控制,從而節省整體系統成本。演算法的優劣還體現在其所需的硬體資源開銷上,高效的演算法只需少量的CPU計算資源即可完成,大大提升了系統的效率。
根據預測,到2020年中國車用動力電池的市場規模將達到1200億元,屆時國內電動車用BMS的市場規模將達170億元。儘管BMS在整個電動汽車中的成本比重並不高,但為了確保動力電池不會成為“炸彈”,開發者確實應該將BMS視為一個“神”一樣的存在,讓其深深地根植在電動汽車的設計理念中。
通過外部的FET驅動器可支援被動電池均衡。
如果說MaximIntegrated提供的是高性能“單品”,TexasInstruments(TI)提供的則一道“套餐”。基於其TI的bq76PL455A-Q1集成式16節電池監視和保護器件,可搭建一套完整的被動電池均衡解決方案。bq76PL455A-Q1可監視和檢測包括過壓、欠壓、過熱和通信故障等多種故障,最多允許十六個bq76PL455A-Q1器件通過單個UART介面與主機通信。
圖,TI的被動電池均衡方案
NXP憑藉其完整的汽車電子產品線,可提供包括微控制器MCU、模擬前端電池控制器IC、隔離網路高速收發器、系統基礎晶片SBC等在內的完整的電池管理系統解決方案,通過該方案客戶可管理高達800V以上的高壓。
圖,NXP整體BMS解決方案
除了上述晶片級的“硬功夫”,設計一個BMS系統還需要相應的“軟實力”,即核心演算法的開發。一個優秀的演算法,不僅可以提高對電池組狀態估測的精確度,還會具有很強的糾錯能力,從而抵消可能由於電池品質等硬體因素造成的影響,使得對一致性不太好的電池同樣能夠實現精確控制,從而節省整體系統成本。演算法的優劣還體現在其所需的硬體資源開銷上,高效的演算法只需少量的CPU計算資源即可完成,大大提升了系統的效率。
根據預測,到2020年中國車用動力電池的市場規模將達到1200億元,屆時國內電動車用BMS的市場規模將達170億元。儘管BMS在整個電動汽車中的成本比重並不高,但為了確保動力電池不會成為“炸彈”,開發者確實應該將BMS視為一個“神”一樣的存在,讓其深深地根植在電動汽車的設計理念中。