電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem,簡稱BMS)作為電池組的“大腦”,在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、消費(fèi)電子等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用,中心功能涵蓋實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全保護(hù)、均衡管理及協(xié)同操作等多個(gè)方面。它通過傳感器實(shí)時(shí)采集單體電池電壓、總電壓、電流、溫度等參數(shù),精細(xì)估算電池的荷電狀態(tài)(SOC)和良好狀態(tài)(SOH),例如在電動(dòng)汽車中可避免電量誤判導(dǎo)致的拋錨,并為電池老化維護(hù)提供依據(jù)。安全保護(hù)是其中心職責(zé),當(dāng)電池出現(xiàn)過充、過放、過流、短路或溫度異常時(shí),會(huì)立即切斷回路以防危險(xiǎn),如低溫充電時(shí)限制電流避免鋰枝晶引發(fā)短路。由于制造差異,電池組內(nèi)單體電池易失衡,BMS通過主動(dòng)或被動(dòng)均衡技術(shù)調(diào)整充放電狀態(tài),確保性能一致,其中主動(dòng)均衡通過能量轉(zhuǎn)移效率更高。此外,BMS能與整車操控器、電機(jī)操作器等協(xié)同工作,優(yōu)化動(dòng)力輸出,并通過通信協(xié)議上傳數(shù)據(jù)至云端或終端,方便用戶查看與廠商診斷。在儲(chǔ)能領(lǐng)域,它協(xié)調(diào)充放電與電網(wǎng)調(diào)度;在消費(fèi)電子中維護(hù)續(xù)航與安全。隨著新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展,BMS正朝著高精度、低功耗、智能化方向演進(jìn),結(jié)合AI預(yù)測衰減趨勢,是維持電池系統(tǒng)安全運(yùn)行的中心技術(shù),直接影響電池可靠性與經(jīng)濟(jì)性,是新能源產(chǎn)業(yè)鏈不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 BMS鋰電池保護(hù)板對(duì)電池包的能量進(jìn)行管理,一般分為被動(dòng)管理和主動(dòng)管理兩種類型。浙江電動(dòng)摩托車BMS
從架構(gòu)角度而言,BMS主要分為集中式和分布式兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。集中式BMS通過一個(gè)硬件設(shè)備采集所有電池的數(shù)據(jù),這種架構(gòu)成本較低、結(jié)構(gòu)緊湊且可靠性較高,適用于電池?cái)?shù)量較少、容量較低、總電壓不高以及小型電池系統(tǒng)的場景,如電動(dòng)工具、機(jī)器人(搬運(yùn)機(jī)器人、助力機(jī)器人)、智能家居中的掃地機(jī)器人和電動(dòng)吸塵器、電動(dòng)叉車、低速電動(dòng)車(電動(dòng)自行車、電動(dòng)摩托車、電動(dòng)觀光車、電動(dòng)巡邏車、電動(dòng)高爾夫球車等)以及輕度混合動(dòng)力汽車等。集中式BMS硬件可劃分為高壓區(qū)和低壓區(qū),高壓區(qū)負(fù)責(zé)采集單電池電壓、系統(tǒng)總電壓以及監(jiān)測絕緣電阻;低壓區(qū)則涵蓋電源電路、CPU電路、CAN通信電路、操控電路等。隨著乘用車動(dòng)力電池系統(tǒng)朝著高容量、高總電壓和大體積方向發(fā)展,分布式BMS逐漸成為主流,特別是在插電式混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車中應(yīng)用綜合。分布式系統(tǒng)將測量單元等電子設(shè)備直接安裝在與單電池集成的電路板上,其優(yōu)勢明顯,具有極高的可擴(kuò)展性,可細(xì)化到單個(gè)電池;連接可靠性高,幾乎不存在過長電纜,電池與測量電路緊密結(jié)合,減少了干擾和誤差,安全性也隨之提高;維護(hù)便捷,當(dāng)某個(gè)小單元出現(xiàn)故障時(shí),只需更換該單元即可。不過,其缺點(diǎn)是成本高昂,每個(gè)單元都需額外配備一套設(shè)備。 機(jī)械BMS管理系統(tǒng)云平臺(tái)開發(fā)BMS主要功能包括電池狀態(tài)監(jiān)測(電壓/溫度/電流)、充放電控制、均衡管理、故障保護(hù)和通信交互。
BMS,即電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem),在各類使用電池的設(shè)備中扮演著極為關(guān)鍵的角色,堪稱電池的“智慧管家”。它主要針對(duì)二次電池進(jìn)行管理,是電池與用戶之間的重要紐帶,廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、電瓶車、機(jī)器人、無人機(jī)以及儲(chǔ)能系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域。從功能層面來看,BMS具有多項(xiàng)中心功能。其一為準(zhǔn)確估測SOC(荷電狀態(tài)),即精細(xì)計(jì)算電池的剩余電量。這一功能至關(guān)重要,它確保SOC始終處于合理區(qū)間,防止電池因過充電或過放電而遭受損傷,同時(shí)能實(shí)時(shí)向用戶反饋電池的剩余能量情況。比如在電動(dòng)汽車中,駕駛者可通過車輛儀表盤直觀了解剩余電量,從而合理規(guī)劃行程。其二是動(dòng)態(tài)監(jiān)測功能。在電池充放電過程中,BMS會(huì)實(shí)時(shí)采集關(guān)鍵數(shù)據(jù),如電動(dòng)汽車蓄電池組中每塊電池的端電壓、溫度、充放電電流以及電池包總電壓等。通過持續(xù)監(jiān)測這些參數(shù),及時(shí)察覺電池是否存在過充或過放跡象,保證電池安全。一旦發(fā)現(xiàn)某塊電池出現(xiàn)異常,能迅速將其識(shí)別出來,確保整組電池運(yùn)行的可靠性。與此同時(shí),BMS還會(huì)為每塊電池建立詳盡的使用歷史檔案,這些數(shù)據(jù)為后續(xù)優(yōu)化電池、充電器以及電動(dòng)機(jī)等提供了寶貴資料,也為離線分析系統(tǒng)故障奠定了基礎(chǔ)。在實(shí)際操作中。
展望未來,BMS在技術(shù)發(fā)展上也將呈現(xiàn)諸多趨勢。智能化是重要方向,隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,BMS將更具智能。通過對(duì)電池歷史數(shù)據(jù)的深入分析與學(xué)習(xí),能夠精細(xì)預(yù)測電池性能與壽命,并依據(jù)預(yù)測結(jié)果實(shí)施相應(yīng)控制與管理。效率提升也是關(guān)鍵,未來BMS將不斷優(yōu)化,采用更先進(jìn)的功率器件與控制算法,提高充放電效率;優(yōu)化電池均衡控制策略,縮短均衡時(shí)間,降低能量損耗。安全性能方面,BMS將更加重視,采取多重安全保護(hù)措施,確保電池在各種復(fù)雜條件下安全運(yùn)行,同時(shí)加強(qiáng)與其他安全系統(tǒng)的協(xié)同,提升整個(gè)系統(tǒng)的安全性。此外,BMS還將朝著集成化方向發(fā)展,與車輛控制器、充電樁等其他系統(tǒng)深度融合,實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜、高效的功能;隨著應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大,標(biāo)準(zhǔn)化也將成為必然趨勢,制定統(tǒng)一的BMS標(biāo)準(zhǔn),有助于提高產(chǎn)品兼容性與互換性,降低生產(chǎn)成本,推動(dòng)市場健康有序發(fā)展。 BMS的技術(shù)趨勢是通過動(dòng)態(tài)均衡技術(shù),減少電芯差異;智能控制充放電區(qū)間(如限制SOC在20%-80%)。
BMS保護(hù)板的被動(dòng)均衡技術(shù)。顧名思義,被動(dòng)均衡就是將單體電池中容量稍多的個(gè)體消耗掉,從而實(shí)現(xiàn)整體的均衡。被動(dòng)均衡又稱為能量耗散式均衡,工作原理是在每節(jié)電芯上并聯(lián)一個(gè)電阻,當(dāng)某個(gè)電芯提前充滿,而又需要繼續(xù)給其他電芯充電時(shí),通過電阻對(duì)電壓高的電芯以熱量形式釋放電量,為其他電芯爭取更多充電時(shí)間。由于被動(dòng)均衡結(jié)構(gòu)更為簡單,所以使用比較廣。但是被動(dòng)均衡也有明顯的缺點(diǎn),由于結(jié)構(gòu)簡單制作成本低,采用電阻耗能產(chǎn)生熱量,從而會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的效率降低。并且均衡時(shí)間短,效果不佳,一般均衡時(shí)間都在充電周期末期。此外,只能對(duì)高電壓電池進(jìn)行放電,無法對(duì)劣質(zhì)電池進(jìn)行改進(jìn)。在適用場景上,被動(dòng)均衡更適合于小容量、低串?dāng)?shù)的鋰電池組應(yīng)用,可以釋放每顆電芯的儲(chǔ)能能力,實(shí)現(xiàn)電量的高效利用。 BMS的主要功能包括監(jiān)測電壓 / 電流 / 溫度,操控充放電,均衡電池組,過充過放保護(hù),數(shù)據(jù)通信。上海高科技BMS
當(dāng)溫度異常升高(如超過 60℃),立即切斷充放電回路,防止熱失控。浙江電動(dòng)摩托車BMS
鋰電池(可充型)之所以需要保護(hù),是由它本身特性決定的。由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過充、過放、過流、短路及超高溫充放電,因此鋰電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保護(hù)器出現(xiàn)。鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成,保護(hù)板是由電子電路組成,在-40℃至+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流,及時(shí)操控電流回路的通斷;PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。保護(hù)板通常包括控制IC、MOS開關(guān)及輔助器件NTC、ID、存儲(chǔ)器等。其中控制IC,在一切正常的情況下控制MOS開關(guān)導(dǎo)通,使電芯與外電路溝通,而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過規(guī)定值時(shí),它立刻控制MOS開關(guān)關(guān)斷,保護(hù)電芯的安全。NTC是Negativetemperaturecoefficient的縮寫,意即負(fù)溫度系數(shù),在環(huán)境溫度升高時(shí),其阻值降低,使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)反應(yīng)、控制內(nèi)部中斷而停止充放電。ID是Identification的縮寫,即身份識(shí)別的意思它分為兩種:一是存儲(chǔ)器,常為單線接口存儲(chǔ)器,存儲(chǔ)電池種類、生產(chǎn)日期等信息;二是識(shí)別電阻。兩者可起到產(chǎn)品的可追溯和應(yīng)用的限制的作用。 浙江電動(dòng)摩托車BMS