电池管理系统的主要任务是什么？
来源：宝鄂实业
2019-08-07 12:35
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电池管理系统的主要任务是保证电池系统的设计性能，可以分解成如下三个方面：
1）安全性，保护电池单体或电池组免受损坏，防止出现安全事故；
2）耐久性，使电池工作在可靠的安全区域内，延长电池的使用寿命；
3）动力性，维持电池工作在满足车辆要求的状态下。
BMS由各类传感器、执行器、控制器以及信号线等组成，为满足相关的标准或规范，BMS应该具有以下功能。
1）电池参数检测。包括总电压、总电流、单体电池电压检测（防止出现过充、过放甚至反极现象）、温度检测（最好每串电池、关键电缆接头等均有温度传感器）、烟雾探测（监测电解液泄漏等）、绝缘检测（监测漏电）、碰撞检测等。
2）电池状态估计。包括荷电状态（SOC）或放电深度（DOD）、健康状态（SOH）、功能状态（SOF）、能量状态（SOE）、故障及安全状态（SOS）等。
3）在线故障诊断。包括故障检测、故障类型判断、故障定位、故障信息输出等。故障检测是指通过采集到的传感器信号，采用诊断算法诊断故障类型，并进行早期预警。
电池故障是指电池组、高压电回路、热管理等各个子系统的传感器故障、执行器故障（如接触器、风扇、泵、加热器等），以及网络故障、各种控制器软硬件故障等。电池组本身故障是指过压（过充）、欠压（过放）、过电流、超高温、内短路故障、接头松动、电解液泄漏、绝缘降低等。
4）电池安全控制与报警。包括热系统控制、高压电安全控制。BMS诊断到故障后，通过网络通知整车控制器，并要求整车控制器进行有效处理（超过一定阈值时BMS也可以切断主回路电源），以防止高温、低温、过充、过放、过流、漏电等对电池和人身的损害。
5）充电控制。BMS中具有一个充电管理模块，它能够根据电池的特性、温度高低以及充电机的功率等级，控制充电机给电池进行安全充电。
6）电池均衡。不一致性的存在使得电池组的容量小于组中最小单体的容量。电池均衡是根据单体电池信息，采用主动或被动、耗散或非耗散等均衡方式，尽可能使电池组容量接近于最小单体的容量。
7）热管理。根据电池组内温度分布信息及充放电需求，决定主动加热/散热的强度，使得电池尽可能工作在最适合的温度，充分发挥电池的性能。
8）网络通讯。BMS需要与整车控制器等网络节点通信；同时，BMS在车辆上拆卸不方便，需要在不拆壳的情况下进行在线标定、监控、自动代码生成和在线程序下载（程序更新而不拆卸产品）等，一般的车载网络均采用CAN总线技术。
9）信息存储。用于存储关键数据，如SOC、SOH、SOF、SOE、累积充放电Ah数、故障码和一致性等。车辆中的真实BMS可能只有上面提到的部分硬件和软件。每个电池单元至少应有一个电池电压传感器和一个温度传感器。
对于具有几十个电池的电池系统，可能只有一个BMS控制器，或者甚至将BMS功能集成到车辆的主控制器中。对于具有数百个电池单元的电池系统，可能有一个主控制器和多个仅管理一个电池模块的从属控制器。
对于每个具有数十个电池单元的电池模块，可能存在一些模块电路接触器和平衡模块，并且从控制器像测量电压和电流一样管理电池模块，控制接触器，均衡电池单元并与主控制器通信。根据所报告的数据，主控制器将执行电池状态估计，故障诊断，热管理等。
10）电磁兼容。由于电动车使用环境恶劣，要求BMS具有好的抗电磁干扰能力，同时要求BMS对外辐射小。电动汽车BMS软硬件的基本框架如图2所示。
BMS的关键问题
尽管BMS有许多功能模块，本文仅分析和总结其关键问题。目前，关键问题涉及电池电压测量，数据采样频率同步性，电池状态估计，电池的均匀性和均衡，和电池故障诊断的精确测量。
1、电池电压测量（CVM）
电池电压测量的难点存在于以下几个方面：
1）电动汽车的电池组有数百个电芯的串联连接，需要许多通道来测量电压。由于被测量的电池电压有累积电势，而每个电池的积累电势都不同，这使得它不可能采用单向补偿方法消除误差。
2）电压测量需要高精度（特别是对于C / LiFePO 4 电池）。SOC估算对电池电压精度提出了很高的要求。这里我们以C / LFP和LTO / NCM型电池为例。
图3显示了电池C / LiFePO 4 和LTO / NCM 的开路电压（OCV）以及每mV电压对应的SOC变化。从图中我们可以看到LTO / NCM的OCV曲线的斜率相对陡峭，且大多数SOC范围内，每毫伏的电压变化对应的最大SOC率范围低于0.4％（除了SOC 60~70％）。
因此，如果电池电压的测量精度为10mV，那么通过OCV估计方法获得的SOC误差低于4％。因此，对于LTO / NCM电池，电池电压的测量精度需要小于10 mV。
但C / LiFePO 4OCV曲线的斜率相对平缓，并且在大多数范围内（除了SOC < 40％和65 ~80％），每毫伏电压的最大相应SOC变化率达到4％。因此，电池电压的采集精度要求很高，达到1 mV左右。
目前，电池电压的大部分采集精度仅达到5 mV。目前，电池的电压和温度采样已形成芯片产业化，表1比较了大多数BMS所用芯片的性能。
2、数据采样频率同步性
信号的采样频率与同步对数据实时分析和处理有影响。设计BMS时，需要对信号的采样频率和同步精度提出要求。但目前部分BMS设计过程中，对信号采样频率和同步没有明确要求。
电池系统信号有多种，同时电池管理系统一般为分布式，如果电流的采样与单片电压采样分别在不同的电路板上；信号采集过程中，不同控制子板信号会存在同步问题，会对内阻的实时监测算法产生影响。同一单片电压采集子板，一般采用巡检方法，单体电压之间也会存在同步问题，影响不一致性分析。
系统对不同信号的数据采样频率和同步要求不同，对惯性大的参量要求较低，如纯电动车电池正常放电的温升数量级为1℃/10 min，考虑到温度的安全监控，同时考虑BMS温度的精度（约为1℃），温度的采样间隔可定为30 s（对混合动力电池，温度采样率需要更高一些）。
电压与电流信号变化较快，采样频率和同步性要求很高。由交流阻抗分析可知，动力电池的欧姆内阻响应在ms级，SEI膜离子传输阻力电压响应为10 ms级，电荷转移（双电容效应）响应为1~10 s级，扩散过程响应为min级。
目前，电动车加速时，驱动电机的电流从最小变化到最大的响应时间约为0.5 s，电流精度要求为1%左右，综合考虑变载工况的情况，电流采样频率应取10~200 Hz。单片信息采集子板电压通道数一般为6 的倍数，目前最多为24 个。
一般纯电动乘用车电池由约100 节电池串联组成，单体电池信号采集需要多个采集子板。为了保证电压同步，每个采集子板中单体间的电压采样时间差越小越好，一个巡检周期最好在25 ms内。子
