BMS是以某种方式对动力电池进行管理和控制的产品或技术。典型的电动汽车动力电池组管理系统的工作原理如图1-3所示。BMS由各类传感器、执行器、固化有各种算法的控制器以及信号线等组成。其主要任务是确保动力电池系统的安全可靠,提供汽车控制和能量管理所需的状态信息,而且在出现异常情况下对动力电池系统采取适当的干预措施;通过采样电路实时采集电池组以及各个组成单体的端电压、工作电流、温度等信息;运用既定的算法和策略估算电池组SOC、SOH、SOP以及剩余寿命(Remaining Useful Life,RUL)等,并将参数输出到电动汽车整车控制器,为电动汽车的能量管理和动力分配控制提供依据。
图1-3 典型的电动汽车动力电池组管理系统的工作原理
1.4.1 BMS的基本功能
BMS的主要功能有数据采集、状态检测、安全保护、充电控制、能量控制管理、均衡管理、热管理以及信息管理等。
1.数据采集
动力电池在电动汽车中的工作环境及状况十分复杂。电动汽车需要适应复杂多变的气候环境,这意味着动力电池的运行需要常年面对复杂多变的温湿度环境。此外,随着路况和驾驶人操纵方式的改变,动力电池需要时刻适应急剧变化的负载。为了准确获取动力电池的工作状况,更好地实施管理对策,BMS需要通过采样电路实时采集电池组以及各个组成单体的端电压、工作电流、温度等信息。
2.状态监测汽车动力系统
动力电池是一个复杂的非线性时变系统,具有多个实时变化的状态量。准确而高效地监测
动力电池的状态量是电池及成组管理的关键,也是电动汽车能量管理和控制的基础。因此,BMS需要基于实时采集的动力电池数据,运用既定的算法和策略进行电池组的状态估计,从而获得每一时刻的动力电池状态信息,具体包括动力电池的SOC、SOH、SOP以及能量状态(State of Energy,SOE)等,为动力电池的实时状态分析提供支撑。
3.安全保护
动力电池安全保护功能主要指动力电池及其成组的在线故障诊断及安全控制。动力电池的在线故障诊断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。动力电池管理需要诊断的故障通常包括过电压(过充电)、欠电压(过放电)、烟雾、过电流、超高温、短路故障、接头松动、绝缘能力降低以及电解液泄漏,还涉及传感器、执行器以及控制器等电子元器件的故障。在诊断出故障类型后,BMS需要进行早期预警,并尽可能采取相应的措施进行及时干预,以保证电动汽车的行驶安全。