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新能源电车电池管理的关键和核心——BMS

发表时间:2023-02-11   网址:https://www.atmars.com/    编辑:admin

在技术的攻关和迭代下,新能源电车在电池设计上需要兼顾续航和充电效率,电池管理上需要对电池的状态进行的精准检测与估计、高低温热管理、快充的管理以及充电安全和电池寿命相关的管理,这都是核心技术挑战。

而BMS是电池包的关键和核心,在实现整车能量管理的同时,肩负着准确估计多项控制策略的功能。电池管理系统的测试更多侧重软件测试,一般在软件功能开发过程中进行。

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电池管理系统(BMS)测试

一、MIL(Model-In-Loops)既模型在环测试就是验证软件模型是否可以实现软件功能,测试依据是由系统需求分解而来的软件需求。

二、SIL(Software-In-Loops)软件在环测试,对比模型自动生成的C代码和模型本身实现的功能是否一致,使用Simulink自身工具就可以进行Sil测试。

三、PIL(Processer-In-Loops)处理器在环测试目的是测试自动生成的代码写入控制器后,功能实现上是否与模型有偏差。PIL看似无关紧要,但不做重视也会引起一些不良后果(如调度问题、CPU Load,堆栈溢出等)。

四、HIL(Hardware-In-Loops)硬件在环测试:测试控制器完整系统功能,一般会搭建控制器所在系统的测试台架,使用电气元件模拟传感器(如温度)和执行器(如风扇负载)的电气特性,验证完整的系统功能。

在新能源电车电池单体失效不仅和电池本身有关,也和电池管理系统BMS失效有关。BMS失效模式也会造成严重的事故有以下几类:

一、BMS电压检测失效导致电池过充电或过放电

连接、压线过程或接触不良导致电压检测线失效,BMS没有电压信息,充电时该停止时没有停止。电池过充会着火、爆炸,磷酸铁锂过充至5V以上大部分只是冒烟,但是三元电池一旦过充,会发生爆炸。

而且,过充电容易导致锂离子电池中的电解液分解释放出气体,从而导致电池鼓胀,严重的话甚至会冒烟起火;电池过放电会导致电池正极材料分子结构损坏,从而导致充不进去电;同时电池电压过低造成电解液分解,干涸发生析锂,回到电池内短路问题。在系统设计时应该选用可靠的电压采集线,在生产过程中严格管控,杜绝电压采集线的失效。

二、BMS电流检测失效

霍尔传感器失效,BMS采集不到电流,SOC无法计算,偏差大。电流检测失效可能导致充电电流过大。充电电流大,电芯内部发热大,温度超过一定温度,会使隔膜固化容量衰减,严重影响电池寿命。

三、BMS温度检测失效

温度检测失效导致电池工作使用温度过高,电池发生不可逆反应,对电池容量、内阻有很大影响。电芯日历寿命跟温度直接相关,45度时的循环次数是25度时的一半,另外温度过高电池易发生鼓胀、漏液,爆炸等问题,因此在电池使用过程中要严格控制电池的温度在20-45摄氏度之间,除能有效提高电池的使用寿命和可靠性之外还能有效避免电池低温充电析锂造成的短路以及高温热失控。

四、绝缘监测失效:

在动力电池系统发生变形或漏液的情况下都会发生绝缘失效,如果BMS没有被检测出来,有可能发生人员触电。因此BMS系统对监测的传感器要求应该是最高的,避免监测系统失效可以极大地提高动力电池的安全性。

五、电磁兼容问题通讯失效:

对BMS系统来说,电磁兼容主要考核它抗电磁干扰能力。电磁干扰会导致BMS通讯失效,引发以上几个问题。

六、SOC估算偏差大:

目前所有BMS厂家普遍存在的问题,只偏差大小的差别。基本上目前的检验标准要求都是5%以内,大部分厂家BMS应该都很难达到,因为实际使用中SOC误差会越来越大,因为使用环境更加的复杂,影响精度的条件更多。

整车耐久试验的花销很大,造工程样车(每辆100万左右)、租用测试场地、工程师团队花销,很考验厂家的资金实力,没有强大的资金池根本无法运行起来。但在极寒、高温、高湿度等各种极限环境下的测试进行的越多,越能充分的验证零部件的功能、性能以及耐久表现,越早发现问题,解决修复所耗费的成本越低。

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一、低温耐久测试

主要测试冷起动性能。电池包的低温充放电能力、低温保护策略、电池包加热功能在该项测试中都会进行考核。

二、高温耐久测试

主要测试电池包在高温下充放电能力、电池包冷却功能和过热保护策略

三、高温+高湿环境耐久测试

高温高湿环境下会加速部件腐蚀,零部件的耐久会经受严格考验。(Ps:传统车还有重要的高原测试,主要测试在低气压下发动机的性能表现。电动车一般不需要进行此项测试。)

研究动力电池系统的失效模式对提高电池寿命、电动车辆的安全性和可靠性、降低电动车使用成本有至关重要的意义。

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