BMS是鋰離子電池組的"大腦",對電芯(組)進行統一的監控、指揮及協調。從構成上看,電池管理系統包括電池管理芯片(BMIC)、模擬前端(AFE)、嵌入式微處理器,以及嵌入式軟件等部分。BMS根據實時采集的電芯狀態數據,通過特定算法來實現電池組的電壓保護、溫度保護、短路保護、過流保護、絕緣保護等功能,并實現電芯間的電壓平衡管理和對外數據通訊。電池管理芯片(BMIC)是電源管理芯片的重要細分領域,包括充電管理芯片、電池計量芯片和電池安全芯片。充電管理芯片可將外部電源轉換為適合電芯的充電電壓和電流,并在充電過程中實時監測電芯的充電狀態,調整控制充電電壓、電流,確保對電芯進行安全、高效的充電。根據鋰電池的特性,充電管理芯片自動進行預充、恒流充電、恒壓充電,有效控制充電各個階段的充電狀態。 集中式BMS架構 集中式BMS具有成本低、結構緊湊、可靠性高的優點。電池組BMS電池管理系統保護板
電池計量芯片(電量計IC)主要用來采集電芯電壓、溫度、電流等信息,通過庫侖積分和電池建模等方式計算電池電量、健康度等信息,并通過I2C/SMBUS/HDQ等通信端口與外部主機通信。電量計IC與電池保護IC既可分立,也可集成。一級保護IC可以控制充、放電MOSFET,保護動作是可恢復的,即當發生過充、過放、過流、短路等安全事件時就會斷開相應的充放電開關,安全事件解除后就會重新恢復閉合開關,電池可以繼續使用。硬件、算法和固件是電量計芯片的三大關鍵要素,硬件用來實現高精度采樣和低功耗運行;算法用來對電池進行建模;固件用來實現算法編程,計算輸出容量信息。在選擇電量計芯片時,通常需要考慮到電芯化學類型、電芯串聯數目、通信接口、電量計放在電池包內(Pack-side)還是放在系統板上(System-side)、電量計算法、是否集成電池保護均衡等功能、支持充放電電流大小,以及存儲介質和封裝形式等。電池PACKBMS管理系統對于電池管理系統(BMS)而言,除了均衡功能外,均衡策略的制定同樣至關重要。
相比System-side電量計,Pack-side電量計芯片直接采樣電芯電壓,電壓更準確,有利于提高電量計量、充電以及保護精度;Pack-side采用可集成加密認證算法的電量計,綜合成本更低;Pack-side電池保護板PCM電壓、電流、溫度校準更容易,項目開發周期更短;Pack-side電量計面對可插拔電池時RAM數據不丟失,數據更準確。電池計量芯片屬數模混合信號芯片,涉及計量算法、AFE/ADC及計算電路等,關鍵技術體現在計量精度、管理電池串數、平臺電壓、功耗水平等。其中AFE自帶ADC,可以進行模數轉換,但需要配合嵌入式微控制器(MCU)才能實現電量計功能。
入局BMS制造的廠商有幾類:一類是動力電池BMS中具主導能力的終端用戶-車廠,事實上國外BMS制造實力較強的也就是車廠,如通用、特斯拉等;國內有比亞迪、華霆動力等。第二類是電池廠,包含電芯廠商與做pack的廠商,如三星、寧德時代、欣旺達、德賽電池、拓邦股份、等;第三類專業的BMS制造商,此類廠商有多年的電力電子技術積累,有高校背景或相關企業背景的研發團隊,如億能電子、杭州高特電子、協能科技、等企業。目前看來儲能電池的終端用戶沒有加入BMS研發與制造的需求與具體行動,可以認為儲能電池BMS行業缺乏一個占據了重要優勢的參與者,給電池廠以及專注做儲能BMS的廠商留下了巨大的發展空間。儲能市場一旦確立,將給予電池廠與專業BMS生產廠商以非常大的發揮空間。在未來專業電動汽車的BMS生產廠商也極有可能成為大規模儲能項目使用的BMS供應商的重要組成部分。現階段,各個儲能系統供應商提供的BMS缺乏統一標準。不同廠家對BMS的設計、定義都不同,而且根據各家適配電池的不同,采用的SOX算法、均衡技術、上傳的通信數據內容可能也各不相同。在BMS的實際應用中,這樣的差異會增加應用成本,不利于產業發展。因此,以后BMS的標準化、模塊化也將是一個重要的發展方向。 BMS電池保護板也可以按照電芯材料來區分。
影響單體鋰離子電池SOH的副反應。對于理想的鋰離子電池,在充放電過程中只考慮鋰離子在正負極之間的嵌入和脫出,可以認為不存在鋰離子的不可逆消耗,容量沒有衰減。但實際上,鋰離子電池在循環使用過程中,每時每刻都有副反應存在,伴隨著活性物質不可逆消耗等,并逐漸累積,影響電池的SOH。通常造成活性物質不可逆消耗的主要因素有:正極材料的溶解;正極材料的相變化;電解液的分解;過充電;界面膜的形成;集流體的腐燭。影響動力電池組SOH的因素當單體動力電池壽命一定時,動力電池的連接方式、電池組內單體電池的數量及其不一致程度都是影響動力電池組壽命的因素。電池組在實際使用過程中,優先采用先并后串的成組方式,不僅可以提高電池組的性能可靠性,還能保證電池組的使用壽命。 當電池充電時,如果電壓超過設定的安全范圍,BMS系統保護板會立即斷開充電電路,防止電池過充。如何BMS云平臺開發
BMS系統保護板的優勢:提高電池壽命:通過實時監測和保護電池,避免電池過充、過放等問題。電池組BMS電池管理系統保護板
隨著新能源電動汽車的廣泛應用,電池的容量、安全性、健康狀態與續航能力日益成為關注重點。BMS電池管理系統是對電池進行監控與控制的系統,將采集的電池信息實時反饋給用戶,同時根據采集的信息調節參數,充分發揮電池的性能。但是,該技術在管理多個電池時,需要人員現場調試與設置,導致其檢查、維護與更新相當不方便。而且,針對電池組的工作性能、電池老化情況、使用壽命等信息,需要人員現場經過多次反復調試、實驗之后才能獲得,工作相當繁瑣、耗時。在生產、調試或實驗過程中,只有在電池出現問題影響電動汽車的工作時,才會發現故障并更換電池,這種方式具有盲目性、滯后性,相當容易產生不良后果,嚴重則導致生產工作延誤、生產危險事故。電池組BMS電池管理系統保護板