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1、蓄電池管理系統(tǒng)(EMS行業(yè)分析一、EMS基本概念電池管理系統(tǒng)(BATTERYMANAGEMENTSYSTEM電池管理系統(tǒng)(BMS是電池與用戶之間的紐帶,主要對(duì)象是二次電池。二次電池存在下面的一些缺點(diǎn),如存儲(chǔ)能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、使用安全性、電池電量估算困難等。電池的性能是很復(fù)雜的,不同類型的電池特性亦相差很大。電池管理系統(tǒng)(BMS主要就是為了能夠提高電池的利用率,防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電,延長(zhǎng)電池的使用壽命,監(jiān)控電池的狀態(tài)。隨著電池管理系統(tǒng)的發(fā)展,也會(huì)增添其它的功能。電池管理系統(tǒng)(BMS是電動(dòng)汽車的核心,對(duì)整車的安全運(yùn)行、整車控制策略的選擇、充電模式的選擇
2、以及運(yùn)營(yíng)成本都有很大的影響。電池管理系統(tǒng)無論在車輛運(yùn)行過程中還是在充電過程中都要可靠的完成電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷,并通過總線的方式告知車輛集成控制器或充電機(jī),以便采用更加合理的控制策略,達(dá)到有效且高效使用電池的目的。二、BMS與新能源汽車蓄電池管理系統(tǒng)(BMS,通常被業(yè)內(nèi)稱為新能源汽車電池的“大腦”,與動(dòng)力電池組、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成新能源汽車的三大核心技術(shù)。由于其在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中特有的重要性,越來越受到業(yè)內(nèi)“追捧”,同時(shí)也蘊(yùn)藏了巨大商機(jī)。電動(dòng)車輛在后期維護(hù)中的消耗資金95%是用于電池的維護(hù),而維護(hù)工作量的90%是用于對(duì)電池的維護(hù),而有效的電池管理系統(tǒng)可以減輕至少
3、一半的維護(hù)量,并使電池報(bào)廢量減少一半。2011年8月18日,科技部、財(cái)政部、工信部和發(fā)改委等四部委在聯(lián)合發(fā)布的新能源汽車示范推廣“安全令”《關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》中強(qiáng)調(diào):“對(duì)投入示范運(yùn)行的插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車要全部安裝車輛運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng),特別是要加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池和燃料電池工作狀態(tài)的監(jiān)控。”2011年4月1日,發(fā)改委發(fā)布了《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄》修訂征求意見稿,其中包括:“新能源汽車關(guān)鍵零部件外資比例不超過50%”一項(xiàng),對(duì)國(guó)外新能源汽車行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)企業(yè)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)進(jìn)行了部分限制。三、技術(shù)難度電動(dòng)汽車上的蓄電池組,通常都是由120
4、個(gè)左右的單體電池串連起來進(jìn)行工作。N個(gè)單節(jié)蓄電池串聯(lián)成的蓄電池組的可靠性只有單節(jié)可靠性的1/N。電池組投入使用以后,其實(shí)際容量狀態(tài)總是從均衡狀態(tài)逐步向不均衡狀態(tài)發(fā)展。而一組蓄電池中,容量最低的單節(jié),以“桶板原則”的方式制約著蓄電池組的容量。蓄電池組的實(shí)際可使用容量數(shù)值,就是容量最低的單節(jié)容量數(shù)值。在充放電過程中,BMS要確保電池容量最低的電池不發(fā)生過充電或不過放電,做到這一點(diǎn),電池就不會(huì)發(fā)生過早的非循環(huán)使用性損壞。為了保證這一點(diǎn),就需要對(duì)每一塊單體電池進(jìn)行管理,而電池管理系統(tǒng)還必須根據(jù)電池規(guī)格、容量等客戶要求進(jìn)行專門定制,在電池整體價(jià)格中占有相當(dāng)?shù)谋戎?如果采用進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)
5、格會(huì)非常高昂。現(xiàn)在市場(chǎng)上BMS流行的方法是根據(jù)原始放電數(shù)據(jù),經(jīng)充放電循環(huán)后計(jì)算容量的增減量予以顯示。這種方法是靜態(tài)的測(cè)量,但電動(dòng)車輛上的電量轉(zhuǎn)換成化學(xué)能要受到的牽制因素非常多,精確計(jì)算的難度相當(dāng)大,由于計(jì)算產(chǎn)生的偏差會(huì)積累,最后顯示的數(shù)據(jù)就會(huì)誤導(dǎo)用戶錯(cuò)誤地使用蓄電池。近幾年來多家電動(dòng)汽車在運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)的事故或問題,絕大多數(shù)都與不夠完善的電池管理系統(tǒng)脫不了干系。盡管汽車電源系統(tǒng)將電池組看作單個(gè)高壓電池,每次都對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行充電和放電,但電池控制系統(tǒng)必須獨(dú)立考慮每個(gè)電池的情況。如果電池組中的一個(gè)電池容量稍微低于其他電池,那么經(jīng)過多個(gè)充電/放電周期后,其充電狀態(tài)將逐漸偏離其它電
6、池。如果這個(gè)電池的充電狀態(tài)沒有周期性地與其它電池平衡,那么它最終將進(jìn)入深度放電狀態(tài),從而導(dǎo)致?lián)p壞,并最終形成電池組故障。為防止這種情況發(fā)生,每個(gè)電池的電壓都必須監(jiān)視,以確定充電狀態(tài)。此外,必須有一個(gè)裝置讓電池單獨(dú)充電或放電,以平衡這些電池的充電狀態(tài)。車載電池器件之間在不同的電壓上給進(jìn)行通信帶來了難以克服的挑戰(zhàn)。許多國(guó)內(nèi)企業(yè)面對(duì)這個(gè)挑戰(zhàn),只能選擇退而求其次,選擇“權(quán)宜之計(jì)”。有的電動(dòng)汽車廠商在找不到有效的電池管理系統(tǒng)之前,只能用降等的方式來使用電動(dòng)車輛,電池組只能降等在“限制適用范圍”內(nèi)工作,而不能在“合理適用范圍內(nèi)工作”,這樣蓄電池組的結(jié)構(gòu)容量就無法發(fā)揮出來。目前許多正在
7、應(yīng)用的電動(dòng)汽車對(duì)自己的電池組都有這樣的限制。有的中小企業(yè)干脆使用鉛酸電池,這樣就不需要車載BMS系統(tǒng),維護(hù)工藝也較鋰電池簡(jiǎn)單的多。但鉛酸電池在輕型化、小型化以及續(xù)航里程方面已經(jīng)沒有太大的發(fā)揮空間,所以絕大部分汽車廠商最終還是選擇鋰電池作為最主要?jiǎng)恿碓?而BMS系統(tǒng)的發(fā)展與鋰電池的技術(shù)完善,將直接決定新能源汽車的推廣速度。四、BMS研發(fā)現(xiàn)狀目前在國(guó)外主流的電動(dòng)車輛廠家和設(shè)計(jì)公司,包括薩博轎車、日產(chǎn)帥客、寶馬MiniE等,都非常關(guān)注BMS的主動(dòng)均衡功能。日本青森工業(yè)研究中心從1997年開始至今,仍在持續(xù)進(jìn)行電池管理系統(tǒng)(BMS實(shí)
