有關(guān)介紹動(dòng)力
電池管理系統(tǒng)的文章比較多,技術(shù)性比較強(qiáng),非專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人員基本看不懂。下面圍繞“管理”二字,對(duì)動(dòng)力
電池管理系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)、基本職能及運(yùn)行機(jī)制予以介紹,普及這個(gè)方面的科學(xué)知識(shí)。
1.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的理解
(1)系統(tǒng):把有一定功能的多個(gè)個(gè)體,按一定要求(規(guī)則)組織成一個(gè)新單體。比如,多個(gè)電池頭尾對(duì)接(或者頭接頭、尾接尾)組織一個(gè)新單位。
(2)管理:針對(duì)特定對(duì)象,在一個(gè)區(qū)域內(nèi),按一個(gè)要求進(jìn)行清理、按一定規(guī)則進(jìn)行整理的活動(dòng)。比如,工廠針對(duì)物料庫(kù)的物品,按一定要求、規(guī)則進(jìn)行清理、整理的活動(dòng)。
(3)動(dòng)力電池:為電動(dòng)汽車(chē)提供電能的電化學(xué)存儲(chǔ)裝置。
(4)動(dòng)力電池管理系統(tǒng):對(duì)動(dòng)力體系進(jìn)行管理活動(dòng)而彼此關(guān)聯(lián)的活動(dòng)。
2.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)
(1)最小單元:是指一節(jié)、一節(jié)的電池單體。目前動(dòng)力電池單體外形有3種,圓柱形、方型、扁形。
(2)基本單元:3個(gè)以上單節(jié)電池通過(guò)并聯(lián)組成一排新的電池組;
(3)模組:3個(gè)以上基本單元串聯(lián)起來(lái)的電池大組;
(4)電池包:將電池大組(模組)封裝起來(lái),且要求有防塵、防水功能,配有接口的箱子(一般是金屬的)。
(5)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)功能盒:具有電流、電壓、溫度自動(dòng)測(cè)量及通信模塊的集成電路功能盒子。
通俗的理解,一臺(tái)已經(jīng)下線的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池硬件結(jié)構(gòu)和布置已經(jīng)固化下來(lái)了,換一句話,動(dòng)力電池管理系統(tǒng)不再對(duì)電池硬件結(jié)構(gòu)和布置進(jìn)行管理。
3.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的基本管理職能
前面已經(jīng)介紹了電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池硬件結(jié)構(gòu)和布置、產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作,但是其管理職能是什么?
(1)動(dòng)力電池組(系統(tǒng))為什么要管理呢?動(dòng)力電池組(系統(tǒng))的基本功能有兩個(gè):一是充電、二是放電。
(a)充電管理:什么時(shí)間能充電、什么時(shí)間不能充電、充滿沒(méi)有?不能過(guò)充等。
(b)放電管理:什么時(shí)間放電、什么時(shí)間不能放電、電放完了沒(méi)有?不能過(guò)放電等;
(c)動(dòng)力電池組(系統(tǒng))的工作環(huán)境溫度要監(jiān)視,過(guò)熱、冒煙要監(jiān)視,如果發(fā)生安全隱患要報(bào)警,如果發(fā)生安全事故,要啟動(dòng)預(yù)備設(shè)施進(jìn)行處理。
管理職能有三個(gè)層面:
(i)對(duì)動(dòng)力電池組(系統(tǒng))工作狀態(tài),要進(jìn)行測(cè)量有關(guān)變化的量;
(ii)對(duì)有關(guān)變化量的變化動(dòng)態(tài)值,要進(jìn)行分析判斷,過(guò)了正常值,要報(bào)警;
(III)對(duì)動(dòng)力電池組(系統(tǒng))發(fā)生了故障,要啟動(dòng)有關(guān)措施,比如降級(jí)運(yùn)行。
4.動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的機(jī)制
(1)對(duì)機(jī)制的理解
(a)指機(jī)器的構(gòu)造和動(dòng)作原理;
(b)有機(jī)體的構(gòu)造、功能和相互關(guān)系;
(c)一個(gè)工作系統(tǒng)的組織或部分之間相互作用的過(guò)程和方式。
(2)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的機(jī)制介紹
①動(dòng)力電池組(系統(tǒng))的3個(gè)基本狀態(tài)量:電壓、電流、溫度
(a)電壓:有電的地方就有電場(chǎng)。電場(chǎng)中不同位置的電場(chǎng)力是不同的。電壓是衡量電場(chǎng)力做功的能力。電壓是推動(dòng)電子流動(dòng)的原動(dòng)力;
(b)電流在電壓的推動(dòng)下,電子從電源的負(fù)極流向正極。電流是指1s內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷的多少;
(c)溫度:表示物體冷熱程度的物理量。
(注意:電池的電壓、電流和溫度,是電池管理系統(tǒng)頂層計(jì)算、控制邏輯的基礎(chǔ))
②衡量動(dòng)力電池組(系統(tǒng))綜合狀態(tài)量:SOC和SOH
(a)剩余電量(SOC):全稱(chēng)是State of Charge,荷電狀態(tài)。代表的是電池用一段時(shí)間或長(zhǎng)期擱置不用后的剩余容量與其完全充電狀態(tài)的容量的比值,常用百分?jǐn)?shù)表示。其取值范圍為0~1,當(dāng)SOC=0時(shí)表示電池放電完全,當(dāng)SOC=1時(shí)表示電池完全充滿。
(b)動(dòng)力電池健康度(SOH):即蓄電池滿充容量相對(duì)額定容量的百分比,新出廠電池為100%,完全報(bào)廢為0%。
(3)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的機(jī)制設(shè)計(jì)難點(diǎn)
(a)電壓、電流、溫度如何測(cè)量?
電壓、電流、溫度有相應(yīng)的傳感器產(chǎn)品,不同廠家的傳感器質(zhì)量不同,精度不同,測(cè)量誤差處理方法不同,不同廠家有自己特有的技術(shù)和工藝;驹瓌t是,必須選用車(chē)規(guī)的產(chǎn)品。
(b)剩余電量和動(dòng)力電池健康度估算?
剩余電量和動(dòng)力電池健康度估算的理論模式,不同廠家也是不同的,估算誤差處理也不同。不同廠家在產(chǎn)品上有自己特有的技術(shù)和工藝;驹瓌t是,要有自己的特點(diǎn)和核心競(jìng)爭(zhēng)力。
5.特斯拉動(dòng)力電池管理系統(tǒng)功能盒
①BMS采用主從架構(gòu),主控制器(BMU)負(fù)責(zé)高壓、絕緣檢測(cè)、高壓互鎖、接觸器控制、對(duì)外部通信等功能;
②控制器(BMB)負(fù)責(zé)單體電壓、溫度檢測(cè),并上報(bào)BMU;
③BMU具備主副雙MCU設(shè)計(jì),副MCU可檢測(cè)主MCU工作狀態(tài),一旦發(fā)現(xiàn)其失效可獲取控制權(quán)限 。
注:本文作者雷洪鈞博士為揚(yáng)子江汽車(chē)公司高級(jí)工程師,中科智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)科學(xué)院院長(zhǎng),中國(guó)新能源企業(yè)家俱樂(lè)部專(zhuān)家委員會(huì)主任
(責(zé)任編輯:子蕊)