动力电池系统管理系统BMS功能及其主要的失效形式

文摘   2025-01-17 20:42   广东  

一、什么是BMS


BMS是(Battery Management System,电池管理系统)的简称,主要是作为动力电池的大脑也就是控制系统,作为电池包的核心,是新能源汽车电池组中至关重要的组成部分,负责监控、管理和保护电池组的安全运行。

以下是对BMS的详细解析:


二、BMS主要功能

如上图所示,BMS作为动力电池系统的核心,主要做的就是采集数据、分析数据、和整车VCU交互数据;

BMS是一种集成了多种功能的微处理器系统,专门用于管理和优化电池组的性能。其主要功能包括:

  1. 实时监测:实时采集电池组的电压、电流、温度等关键参数,确保电池组在最佳状态下工作。

    电压采集:单体电池电压的精确采集。
    温度采集:单体电池及散热液体温度监测。
    电流检测:电池组电流的实时检测。

    以上三者也是最主要的基本功能需求,BMS对数据的采集主要也体现在这一块上;

  2. 均衡管理:通过主动或被动均衡技术,保持电池组中各个单元的一致性,防止电池的容量差异导致的性能下降。


  3. 保护功能

    具备SOC计算及过充、过放、过流、过温等多种保护功能,能够在检测到异常情况时及时采取措施,防止电池损坏或安全事故发生。

    SOC是BMS中最重要的参数,直接影响电池的续航能力。高精度的SOC估算可以使电池组发挥最大的效能。

    通过精准的电池管理,有效减少电池的过充和过放现象,延长电池的使用寿命。

  4. 数据记录与通信

    记录电池运行的历史数据,并通过通信接口与其他系统进行数据交换,实现远程监控和管理。

    主要是整车和充电桩进行通信,上报电池信息给到整车端和充电端,完成充电、放电的功能,及安全预警等;

三、BMS失效模式

作为车用级的控制系统,其稳定性和功能耐久性是一个需要尤其重视的点,BMS一旦失效,轻则影响电池系统寿命降低整车续航,重则引起热失控热安全问题;

其失效模式需要分析清楚;电池系统的失效失效不仅和电池本身有关,也和电池管理系统BMS失效有关。BMS失效模式也会造成严重的事故有以下几类:

1、BMS电压检测失效导致电池过充电或过放电:

连接、压线过程或接触不良导致电压检测线失效,BMS没有电压信息,充电时该停止时没有停止。

锂电池过充时会产生热量和气体,热量包括欧姆热和副反应产生的热,其中欧姆热占主要。过充引发的电池副反应,首先是过量的锂嵌入负极,在负极表面会生长锂枝晶(N/P比会影响锂枝晶生长的起始SOC)。其次是过量的锂从正极脱出,引起正极结构坍塌,放出热量和释放出氧。氧气会加速电解液的分解,电池内压不断升高,一定程度后安全阀开启。活性物质和空气的接触会进一步产生更多的热量。

2、BMS电流检测失效:

霍尔传感器失效,BMS采集不到电流,SOC无法计算,偏差大。电流检测失效可能导致充电电流过大。充电电流大,电芯内部发热大,温度超过一定温度,会使隔膜固化容量衰减,严重影响电池寿命。

3、BMS温度检测失效:

在电池使用过程中要严格控制电池的温度在20-45摄氏度之间,除能有效提高电池的使用寿命和可靠性之外还能有效避免电池低温充电析锂造成的短路以及高温热失控。一旦BMS对电池的温度检测失效,将导致电池无法在正常温度下工作,如电池工作使用温度过高发生不可逆反应,对电池容量、内阻有很大影响。

一方面影响寿命,更危险的是高温电池易发生鼓胀、漏液,爆炸等问题,最终带来热失控引发安全问题;

4、绝缘监测失效:

在动力电池系统发生变形或漏液的情况下都会发生绝缘失效,如果BMS没有被检测出来,有可能发生人员触电。因此BMS系统对监测的传感器要求应该是最高的,避免监测系统失效可以极大地提高动力电池的安全性。

5、电磁兼容问题通讯失效:

对BMS系统来说,电磁兼容主要考核它抗电磁干扰能力。电磁干扰会导致BMS通讯失效,引发以上几个问题。

6、SOC估算偏差大:

目前所有BMS厂家普遍存在的问题,只偏差大小的差别。基本上目前的检验标准要求都是5%以内,大部分厂家BMS应该都很难达到,因为实际使用中SOC误差会越来越大,因为使用环境更加的复杂,影响精度的条件更多。

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