BMS三大核心功能分析—電芯監控、荷電狀態（SOC）估算以及單體電池均衡
2018-07-30
鋰電世界0BMS電動汽車電池管理系統是連接車載動力電池和電動汽車的重要紐帶。BMS實時采集、處理、存儲電池組運行過程中的重要信息，與外部設備如整車控制器交換信息，解決鋰電池系統中安全性、可用性、易用性、使用壽命等關鍵問題，主要作用是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態。通俗的講，就是一套管理、控制、使用電池組的系統。
表：國內外主流BMS供應商的技術參數對比
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國外主流廠商 |
國內主流廠商 |
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|---|---|---|
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配套方案 |
主從結構 |
主從結構 |
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技術指標 |
電壓測量精度：0.1%FS 電流測量精度:0.1%FS 電流測量范圍：0~±600A SOC估算精度：5% 均衡方式：主動平衡 |
電壓測量精度：0.5% FS 電流測量精度：0.5% FS 溫度測量范圍(℃)：-40～125℃ 溫度測量精度(℃)：0.5℃ SOC測量精度：5% 均衡方式：被動平衡 |
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車型應用范圍 |
純電動車、混合動力車 |
純電動車、混合動力車 |
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功能安全 |
電池過充、過放、溫升保護、絕緣防護、高壓互鎖、預充電 |
電池過充、過放、溫升保護、絕緣防護 |
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適用電芯范圍 |
錳酸鋰、三元材料 |
鉛酸電池、鎳氫電池、鋰電池等動力電池 |
BMS最核心的三大功能為電芯監控、荷電狀態（SOC）估算以及單體電池均衡。
電芯監控技術
1、單體電池電壓采集；2、單體電池溫度采集；3、電池組電流檢測；
溫度的準確測量對于電池組工作狀態也相當重要，包括單個電池的溫度測量和電池組散熱液體溫度監測。這需要合理設置好溫度傳感器的位置和使用個數，與BMS控制模塊形成良好的配合。電池組散熱液體溫度的監控重點在于入口和出口出的流體溫度，其監測精度的選擇與單體電池類似。
SOC技術
單電芯SOC計算是BMS中的重點和難點，SOC是BMS中最重要的參數，因為其它一切都是以SOC為基礎的，所以它的精度和魯棒性（也叫糾錯能力）極其重要。如果沒有精確的SOC，再多的保護功能也無法使BMS正常工作，因為電池會經常處于被保護狀態，更無法延長電池的壽命。SOC的估算精度精度越高，對于相同容量的電池，可以使電動車有更高的續航里程。高精度的SOC估算可以使電池組發揮最大的效能。
目前最常采用的計算方法有安時積分法和開路電壓標定法，通過建立電池模型和大量的數據采集，將實際數據與計算數據進行比較，這也是各家的技術秘籍，需要長時間大量數據積累，同時也是特斯拉技術含量最高的部分。特斯拉已經在電池冷卻、安全、電荷平衡等與BMS相關的領域申請核心專利超過上百項。
均衡技術
被動均衡一般采用電阻放熱的方式將高容量電池“多出的電量”進行釋放，從而達到均衡的目的，電路簡單可靠，成本較低，但是電池效率也較低。
主動均衡充電時將多余電量轉移至高容量電芯，放電時將多余電量轉移至低容量電芯，可提高使用效率，但是成本更高，電路復雜，可靠性低。未來隨著電芯的一致性的提高，對被動均衡的需求可能會降低。
圖：主動均衡和被動均衡技術對比
幾乎所有主流車用BMS廠家都有被動均衡技術，其中絕大部分都有主動均衡技術儲備。被動均衡的BMS裝機量較大，占據新能源汽車市場較高的份額，遠遠高于主動均衡BMS的市場份額，其根本原因在于成本因素，主動均衡更多是一個“選配”功能。
考慮到中國市場的消費習慣，當前國產新能源汽車主打的是中低端品牌，為了嚴格控制成本，主機廠的零部件需求是以“滿足基本功能，成本較低”為準則，主動均衡技術的成本比被動均衡高出不少，在被動均衡滿足基本功能的情況下，主機廠更愿意選擇被動均衡的BMS。
表：國內主要BMS廠均衡技術情況
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公司名稱 |
均衡技術 |
配套電池 |
|---|---|---|
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金杯新能源 |
被動均衡 |
三星（天津）、天勁新能源 |
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億能電子 |
被動均衡 |
三星、國軒高科、天津力神、CTAL |
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華霆動力 |
被動均衡 |
三星、天津力神 |
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松岳電池 |
被動均衡 |
蘇州星恒、中航鋰電 |
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科列技術 |
主動均衡 |
威能、國能、沃特瑪 |
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欣旺達 |
主動+被動均衡 |
力神、三星（西安、馬來西亞）、LG化學、ATL |
安全技術
電池管理系統設計應該根據電池電壓、溫度和所使用的環境，來制定電池充放電功率，將信息反饋給整車，讓電池用在比較舒適綠色區域里。電池是電化學載體，在充電的時候會發生各種反應，在外界有諸多不安全因素的情況下，如何保障電池系統的安全，是電池管理技術的核心問題。
