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電池智慧大腦是怎么煉成的

鉅大LARGE  |  點擊量:1030次  |  2018年05月05日  

  如果把電芯比作人體的心臟,模組和電池包比作強健的體魄,那么整個動力電池系統要平穩運行,還需要一個支配身體的智慧大腦,那就是BMS。


  電池管理系統(BatteryManagementSystem,簡稱BMS)是連接電池和電動汽車的重要紐帶,其精準的控制和管理為電池的完美應用保駕護航。


  “龍生九子,各有不同”。即使同一批次生產的兩個單體電芯,因生產工藝誤差、使用環境差異等,其性能也不可能完全一致;在使用過程中這種不一致性會逐漸擴大,可能會出現過充、過放和局部過熱的危險,嚴重時影響到電池組的使用壽命和安全。


  這時就需要BMS大顯身手。


  那么問題來了,BMS主要做什么?

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

  關于BMS的功能,行業內關于其分類方式不盡相同。不過從用戶的角度來理解,可大致劃分為兩大功能——“電池體檢”和“安全衛士”。


  即時體檢


  精準掌握電池狀態


  即時“體檢”,指的是電池數據采集和狀態評估。


  數據采集,可簡單理解為給電池做例行的“體檢”;在充放電過程中,實時采集電池組中每塊電池的端電壓、溫度、充放電電流及總電壓,防止電池發生過充電或過放電現象。

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標稱電壓:28.8V
標稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
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  這種“體檢”是在線的、持續的、不間斷的。過程中當發現數據異常時,可及時查詢對應電池狀況,并挑選出有問題的電池,從而保持整組電池運行的可靠性和高效性。


  工程師在采集數據,觀測車輛在充電狀態下的電流、電壓、SOC的變化


  寧德時代掌握業內領先的高精度測量技術,總流總壓精度可達千分之五;采樣數據精度很高,通過實時了解電池真實工作狀態,及時做出判斷與修正。


  “體檢”結束之后,會進入分析、診斷、計算的階段,之后生成“體檢報告”,這個過程可以理解為電池的狀態評估。


  這時,我們需要了解一個行業的常用術語——SOC。


  何為SOC?


  電池組的荷電狀態(StateofCharge,即SOC),即電池剩余電量。SOC是判斷電池過充及過放等一系列故障的基礎,精確的估算SOC,可防止電池過充和過放,延長電池的使用壽命,從而提高電池的利用率。


  其實,除了SOC估算,還有SOH(StateofHealth),SOP(StateofPower),用戶可通過車上儀表顯示,看到這些數據,從而確認電池的工作、功能狀態。據此,在保護電池的基礎上,將潛力發揮最大化,大大提升駕乘體驗。


  因此SOC等數據估算的準確與否,就顯得特別重要。估算不準帶來的后果,有可能是汽車拋錨、與預期的行駛里程數不符等。


  車輛正在進行快充實驗時,SOC顯示52%


  舉個例子,滿電情況下續航里程為400公里的車輛在道路行駛。若估算準確,當SOC顯示為10%時,還可能行駛的里程是40公里;若估算不準,SOC達到15%,則用戶以為的里程為60公里,事實上可能在行駛40公里之后,就已經沒電了。很顯然,對于用戶來說,這樣的情況很糟糕。


  關于電池狀態的估算,需要經過一系列復雜的計算。寧德時代掌握了精確的核心算法,通過基于電池參數的估算方法,有效消除累積誤差的影響,估算更精確。NCM估算精確度在3%,LFP在5%左右。


  “安全衛士”


  保護電池及人身安全


  BMS還有另一大核心功能,就是“安全衛士”。其實就是保護的作用,這包括電池的自我保護和人身安全的保護。


  眾所周知,電池過充、過放會帶來局部過熱,影響電池壽命不說,嚴重時會威脅到電池組的安全,進而引發人身安全隱患。這時,BMS的“充放電管理”模塊就開啟了保護職能,一方面與整車、充電機實現通訊,另一方面實時提供電池狀態,便于及時發出指令控制,有效防止高充、低放的發生。


  在保護電池的模塊,均衡也是很重要的一環,是保護并提升電池壽命的必要手段。另外,電池的保護還包括過壓、欠壓、過溫、過流等的保護。簡單來說,當實際參數高于或低于某約定值時,系統將自動做出判斷,并采取斷開、預充等方式保護電池安全。


  在人身安全方面,BMS通過高壓控制的手段來保護。電池高壓可達300-500V,遠超人體安全電壓36V,風險隱患極大,必須做好高壓控制,最常見的就是繼電器、高壓互鎖、絕緣防護。周全的高壓防護控制,可有效保護司機、乘客和維護人員的人身安全。


  提到安全,就不得不提功能安全了。寧德時代始終以做世界第一安全電池為發展目標,是業內率先進入功能安全領域,同時最為完善的電池企業。


  在整個平臺開發過程中,BMS嚴格遵守并滿足國際標準ISO26262,項目經驗豐富,先后在寶馬、大眾及PSA項目中進行了功能安全管理及開發;功能安全逐步形成寧德時代的代差優勢,也獲得了更多國內外整車廠的認可。


  在設計階段,寧德時代力求實現ASIL:D級別目標。如何理解?


  ISO26262標準根據安全風險程度,劃分由A到D的安全需求等級(AutomotiveSafetyIntegrityLevel,ASIL),其中D級為最高等級,需要最苛刻的安全需求。等級越高,對系統的安全性要求越高,為實現安全付出的代價越高,意味著硬件的診斷覆蓋率越高,開發流程越嚴格,相應的開發成本增加、開發周期延長,技術要求越嚴格。


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