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BMS|动力电池应用领域技术重点整理

作者:中国储能网新闻中心 来源:熊猫硬件 发布时间:2020-02-23 浏览:

电池应用领域大体可以分成汽车、工业、消费三个方面。汽车领域包括乘用车、公交车、还有一些特种车辆;工业领域包括储能、工业搬运机器人、自动叉车、巡逻车;消费领域主要是手机,PC,电动工具,消费类机器人,充电宝等等;接下来我们比较各个应用领域设计框架和技术侧重点,归纳整理下电池系统在每个领域的特点。

本文来源 微信公众号 熊猫硬件 ID:xiongmaoyingjian

汽车-乘用车

电源架构:汽车上的动力电池系统BMS供电来自于汽车12V铅酸电池,其他领域应用中的BMS都是自供电的没有第二个电源。个人认为这点非常重要,很多系统设计因此而变得不同,对应的电源部分的电气和EMC实验都针对此进行;

应用工况:汽车动力电池应用环境复杂电压高,电流大,多用于室外环境温度极值大,防水盐雾要求高,行驶路况复杂震动要求高;

电芯选型:电芯至少满足车载标准GB/T31484(循环寿命)、GB/T31485(安全)、GB/T31486(电性能),若有快充/超快充要求电芯充放倍率高,热管理系统不是简单的低温加热和高温散热,而是动态调整电池组温度使电芯工作在适宜温度范围内,增加电池组使用效率,延长使用寿命;

硬件:要求车规级物料,温度范围-40~125℃,电芯数量大多用主从架构,控制系统和高压部分严格隔离,高压分断盒一般独立,开关器件选型规格较高的继电器或IGBT,硬件需要通过电气,环境,温度,EMC等实验,有功能安全要求;

软件:交直流充电国标,CAN网络管理,诊断以及功能安全,目前多使用Simulink搭建模型自动生成代码,摒弃人工手动写代码开发方式;

工业-叉车/搬运机器人

电源架构:整车只有一个电源,没有供电电源,BMS需要自供电,要有自启动休眠机制,这种一般应用于无人仓库,人工干预少,当电量较低且搁置时间较长如果没有启动休眠或者休眠功耗过大就会造成整组电池包严重过放电。相比较汽车系统上就完全不用担心这个问题,熄火后电池组是不耗电的。通过主控无线功能升级底层BootLoader不能以重启作为标志,汽车上可以通过开关钥匙启动方式跳转BootLoader和App,而机器人系统要求在App运行时如果收到升级命令要中断跳转到BootLoader处开始升级App,;

应用工况:多为有限制场所或者室内,电压为24V、36V、48V低压系统,有效工作区间为soc 40%~90%,要求快充慢放;

电芯选型:由于该系统为连续工作模式,人为参与少一旦启动很少关机,整机完全自主工作。当电量小于设定值时不再做任务返回自动充电,这就要求充电时间短,充电倍率大,选型方面还比较保守多用铁锂电池,热管理系统一般只有简单加热逻辑。

硬件:低压系统无法隔离,采用工业级物料,目前还没有成熟标准大多将汽车标准降级使用,慢慢向标准车载要求靠拢。电芯串数少大多采用一体式,分体式框架,绝大多数为订制项目需求多变,开发周期短;

软件:普通ARM嵌入式架构,无标准协议大多自定义,正如前文所述整车系统在soc40%~90%区间内运行,不会完全放空也不会完全充满,连续运行不断电造成soc累计误差大,给soc修正带来很大难度。汽车soc修正的难度大来自于电流,温度等工况变化太大,而工业机器人的难度来自于整车使用的工况无论是放电还是充电都不会使用到OCV曲线明显斜率变化点达成修正条件。

消费-手机/PC

电源架构:来自电池组自供电,自耗非常小;

应用工况:使用环境条件要求不高;

电芯选型:由于消费型产品体积有限出货量较大所以根据结构订制的软包电池较多,且多用1串多并式电池组比如充电宝,一是免去多串电芯不均衡的风险,还有一方面是消费类电源系统功率不大用单串做升降压也不会有太多损耗。

硬件:IC集成度较高,硬件架构简单可靠,一般只需要根据功率选择功率mos管,采样电阻,均衡mos,均衡电阻。

软件:采用集成IC不用手动编写软件,使用和IC配套的上位机将阈值和配置写入寄存器即可;

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