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你的电动汽车究竟可以跑多远?(BMS篇)

2018-11-08
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电池技术的发展,总是赶不上电子产品功能性需求的脚步。想想你身边的手机——目前一个品牌机型基本上都是一年一迭代的节奏,几年下来什么CPU、GPU的性能指标可能已经翻番了,可为手机供电的锂电池却没有什么变化。


如果不出意外,这样的局面在电动汽车身上也同样会发生——尽管对不同电池材料的探索一直在加速,但人们也一直没有找到一个“完美”的电动汽车动力电池解决方案。


所以想让电动汽车续航能力增强,能够跑得更远,单单指望动力电池技术的进步,恐怕是不够的,还需要电池管理系统(BMS)的加持。



在以动力电池为能量源的电动汽车中,BMS作为连接电池组、整车系统和电机的“纽带”,其重要性不言而喻。BMS首先要对动力电池的状态进行实时、精准地监测,接下来要在监测数据的基础上对电池状态(如SOC剩余电量和SOH电池老化程度)进行评估,以确定合适的控制策略,确保电池组在安全的工作状态下,完成充电、放电和配电的过程,最大限度地优化电能的使用、延长电池的寿命。而对于在整个电池管理控制过程中产生的大量的数据——既有来自电池系统本身的数据,也有与整车控制系统交互的数据——BMS还要有能力进行传输和分析,并确保信息安全……


关于BMS重要性,一个总是被人们引用的例证就是特斯拉——在被称为电动汽车“三大件”的电池、电机和BMS中,特斯拉对前两者都是采用购买其他厂商产品的策略,而只有BMS的研发是亲力亲为,足见BMS在电动车企心目中的地位是多么关键,很多电动汽车厂商都将BMS技术视为自己的核心竞争力。



为了满足人们对电动汽车更远续航能力的期望,今天的BMS也在几个关键技术上不断精进。


  • 电池状态估算:基于电池的精确建模和参数监测。通过大数据分析和先进的算法,对SOC、SOH、SOP等电池状态进行准确的估算,为电池管理提供可靠的基础。

  • 均衡管理技术:动力电池组中单体电池的不一致性会极大影响电池的可用容量,这就需要通过均衡管理技术(通常包括被动均衡和主动均衡两种技术路径)改善电池的一致性,提升电池组的使用寿命。

  • 分布式架构:不同于传统的一体式和主从式BMS,分布式的BMS系统将电池模组和电池采集单元集成在一起,让电池组更加模块化、标准化和智能化,扩展性更强,还可简化装配过程、便于实现电池的梯次利用。

  • BMS与VCU的融合:将BMS的主控功能与整车控制器(VCU)功能集成在一起,由VCU根据整车信息和电池信息采取更合理和高效的控制策略,对于可提升实时性、安全性和可靠性也很有帮助。

  • 功能安全:近年来备受关注的全新的安全技术理念和方法,保障安全系统在必要时能有效地执行其安全功能,通过特定的基于风险的分析方法确保汽车安全完整性能够满足ASIL安全等级的要求。



由此可以看出,今天的BMS开发者身上至少有三个如山大的“鸭梨”:BMS的重要性,让其工作时不敢有半点闪失,以确保公司在电动汽车市场竞争中不掉队;BMS的复杂性,从硬件架构到软件算法,还要兼顾成本,操心事也着实不少;同时,BMS技术仍处于快速迭代期,各种探索和尝试层出不穷,开发者还要追踪各种新技术的发展趋势。


面对这样的挑战,产业链上游的芯片厂商,如TI、NXP、Infineon、Maxim等都相继推出了一系列的底层芯片,还提供了配套的软件开发工具。与此同时,很多技术厂商也在努力为下游的BMS开发者提供更完善的解决方案,让他们基于方案进行二次开发变得更容易。


比如安富利推出的BMS整体解决方案,采用NXP成熟的核心芯片,功能安全等级达到了ASIL-C/D,可实现2mV的高精度的测量,具有板载300mA的被动电池均衡,支持同步的电池电压/电流测量,具有抗热插拔的鲁棒性,且芯片组有很强的可扩展性。对于BMS开发者来说,这样一揽子的解决方案可将BMS开发化繁为简,缩短其开发周期。


图1,安富利开发的BMS整体解决方案


总之,快速进化的BMS方案,加上不断完善的动力电池技术,有了这两者,犹如为电动汽车技术装上了两个“车轮”,驱动其沿着既有路线,不减速不跑偏,发展得更快,跑得更远。



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