鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1428次 | 2019年02月28日
解密比亞迪電池管理系統(tǒng)
導(dǎo)讀
新能源汽車的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的，過去這兩年，隨著新能源汽車的大量推廣使用，我們也聽到了不少關(guān)于新能源汽車的“丑聞”，沒有使用電池管理系統(tǒng)或使用劣質(zhì)的不成熟的電池管理系統(tǒng)是主因。實(shí)際上，新能源汽車的安全性問題，一直是政府和汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)工作之一。
電池管理系統(tǒng)BMS的功能作用
1、準(zhǔn)確估測動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)
準(zhǔn)確估測動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)（StateofCharge，即SOC），即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時(shí)預(yù)報(bào)混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能電池還剩余多少能量或者儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2、動(dòng)態(tài)監(jiān)測動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)
在電池充放電過程中，實(shí)時(shí)采集動(dòng)力電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。
同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性，使剩余電量估計(jì)模型的實(shí)現(xiàn)成為可能。
除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動(dòng)機(jī)等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。
3、單體電池間的均衡
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
即為單體電池均衡充電，使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項(xiàng)電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
解密比亞迪電池管理系統(tǒng)
首先我們來談?wù)勌坪颓氐碾姵?，型號?yīng)該是一樣的，只是秦的電池組電芯數(shù)量比較少，容量13度，唐的比較多，18度。單個(gè)的電芯都是比亞迪自己制造的磷酸鐵鋰電池，額定電壓3.2V，容量26AH。為什么不是最近比較火的三元鋰電池呢？原因如下圖：
磷酸鐵鋰電池?fù)碛懈玫膲勖?、安全性，更適合插電式混動(dòng)車的用車情況。
電池單體搭臺(tái)是這個(gè)樣子的，但是這個(gè)應(yīng)該是大巴上的，因?yàn)殡妰?chǔ)量高達(dá)120AH，咱們的只有26AH，不過大致上是一樣的，都是長方體。
唐的電池組位于底盤中部，體積和重量都比較大。放在底盤的好處是降低了整車重心，同時(shí)不影響后備箱空間。缺點(diǎn)嘛，對放水和防磕碰要求比較高，日常使用要注意這塊不要浸水，不要磕碰。
這是秦的電池組，位于后座以后，后備箱之前。優(yōu)點(diǎn)：放水防磕碰性能都很好，缺點(diǎn)：重心比較高，影響后備箱空間，和唐正好是相對的~
連接方式為串聯(lián)（全部電芯串聯(lián)），串聯(lián)的電池如下圖，形象一點(diǎn)說，就是類似于我們以前用過的手電筒，幾個(gè)電池頭尾相接。
這種連接方式，每個(gè)電芯放電的時(shí)候使用同樣的電流對外放電，充電的時(shí)候同樣的電流充電，在不借助均衡系統(tǒng)的情況下，無法對單個(gè)電芯進(jìn)行充放電。
而且，當(dāng)一個(gè)電芯充滿時(shí)，就要停止對整個(gè)電池組的充電，不然這個(gè)電芯會(huì)過充損壞，而一個(gè)電芯放空的時(shí)候，整個(gè)電池組就要停止放電，不然這個(gè)電芯會(huì)過放損壞。
還記得手電筒有什么要求么？對了，新舊電池不能混用，也就是說有電和沒電的電池不能混用?；氐教坪颓氐碾姵亟M，上邊是個(gè)示意圖，選取了幾個(gè)電芯。正常情況下，他們的存電量應(yīng)該是完全一樣的，一起充滿，一起放空，如果一直這樣循環(huán)，那么就不會(huì)產(chǎn)生文章之初的各種問題了。
事實(shí)上，電池組使用一段時(shí)間以后，就會(huì)出現(xiàn)各個(gè)電芯存電量出現(xiàn)差異的情況，產(chǎn)生差異的原因有很多，比如電池本身容量就不一致，或者內(nèi)阻不一致，工作溫度不一致等，都會(huì)導(dǎo)致放電容量出現(xiàn)差異。當(dāng)各個(gè)電芯存電量不一致，就會(huì)出現(xiàn)下圖的情況：
表面上看，只是有一個(gè)電芯損失了一點(diǎn)電量，一共有那么多電芯，應(yīng)該不會(huì)有什么影響吧？我們繼續(xù)往下看，這個(gè)電池組放電的時(shí)候，會(huì)發(fā)生什么：
整個(gè)電池組釋放了80%的電量，而這時(shí)候，原本不滿的電池已經(jīng)空了，這時(shí)候電池組就要停止放電。如果這個(gè)電池組的存電量是10度，那么在充滿的情況下，這個(gè)不均衡的電池組放電80%也就是8度就已經(jīng)無法放電了，表面上看只有5%的電量缺失，卻導(dǎo)致20%的容量無法使用。這還是只有4個(gè)電芯比較的情況下，如果是200多個(gè)，可想而知影響有多大。
那么一旦產(chǎn)生了不均衡，怎么辦呢？這就要用到電池管理系統(tǒng)的均衡模塊。唐和秦的均衡模塊采用的是被動(dòng)均衡方式，也就是說，通過旁路電阻給電壓較高的電芯放電，使其達(dá)到和其他電芯相同的電壓。也就是這樣：
每個(gè)電芯都有一個(gè)由電池管理系統(tǒng)單獨(dú)控制的電阻，當(dāng)需要的時(shí)候，接通這個(gè)電阻的電路，給電芯放電。通過經(jīng)過一定的時(shí)間，這個(gè)不均衡的電池組就變成了這樣：
電芯電容量一致了，再充電就可以都充滿，放電都放空，一切恢復(fù)正常，容量回來了，續(xù)航也回來了！聽起來很美，是吧？那為什么很多車就是達(dá)不到這個(gè)效果呢？
首先，這個(gè)放電的過程非常緩慢！充電過程的話電流可以達(dá)到10A以上（10000ma），而這個(gè)放電呢？據(jù)了解，這個(gè)放電電阻允許的最大電流是30ma~在均衡系統(tǒng)一直處于最佳均衡狀態(tài)的情況下，均衡一度電的差異，也需要100小時(shí)左右！
其次，均衡系統(tǒng)不是一直工作在最佳狀態(tài)下的。要有一個(gè)好的工作狀態(tài)，系統(tǒng)需要知道哪個(gè)電芯是需要被放電的，需要放多少電。而這個(gè)過程不是任意電量都可以完成的。
這是一個(gè)磷酸鐵鋰電池放電的曲線圖?？梢钥吹?，在15%電量以上的時(shí)候，電壓的差異是非常小的。這時(shí)候要找到哪個(gè)電芯需要放電，放多少，是非常困難甚至不可能的。
所以，要讓均衡系統(tǒng)處于高效工作狀態(tài)，就需要實(shí)時(shí)的把電池用到15%以下。然后充滿電，讓車進(jìn)入均衡狀態(tài)，這時(shí)候的均衡效率是最高的，除非用車，不然建議等到均衡結(jié)束（也就是說儀表盤完全熄滅）。在電池組不均衡的情況下，一次均衡大概需要20小時(shí)左右，大家可以按照自己的電池組缺少電量來計(jì)算需要多少個(gè)循環(huán)。
這也就引申出了另一個(gè)問題：在均衡結(jié)束以后，略微用一點(diǎn)電，然后充滿，車輛會(huì)再次進(jìn)入均衡狀態(tài)，這個(gè)時(shí)間，應(yīng)不應(yīng)該計(jì)入有效均衡？根據(jù)樓主的經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)均衡幾乎是無效的。
因?yàn)樘坪颓氐碾姵亟M不均衡，絕大多數(shù)是某一兩個(gè)電芯電壓過低，需要對另外的大量電芯進(jìn)行放電。而在低電量時(shí)，可以正確的標(biāo)記剩余電芯，高電量下，系統(tǒng)只會(huì)標(biāo)記充滿時(shí)電壓最高的一個(gè)電芯，是一個(gè)，可想而知效率是怎么樣的了，幾乎可以忽略不計(jì)。
下面講一下，什么樣的電池是沒問題的，什么樣的是有問題的。這里，借用了14款秦的DCT軟件電池監(jiān)控模塊來展示數(shù)據(jù)。唐不支持這個(gè)，但是電池組的原理是一樣的。
很多人去檢查電池的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)自己最低電壓電芯只有2.6-2.8V，感覺這個(gè)電芯有問題，進(jìn)而要求4S店更換，4S套用廠家的表格，給出正常的答復(fù)，客戶就會(huì)感覺廠家在敷衍。
其實(shí)，單個(gè)電芯電壓較低是正常的。最理想的狀況是5%電量是所有電壓電芯均低于3V，這樣電池組所有的電量都被釋放，當(dāng)然，這樣的電池組幾乎是不存在的，它要求所有電芯的一致性非常非常好。
一般來說，判斷電池組狀況較好的依據(jù)是在5%的情況下，最低電芯電壓低于3V，而最高電壓電芯電壓低于3.15V（放電到5%的瞬間電壓即可，存放一會(huì)兒以后電壓會(huì)回升，不比等回升）。
更換電池廠家有自己的標(biāo)準(zhǔn)，如果滿足更換的條件，可以選擇更換，但是樓主更建議先使用正確的均衡方法均衡100小時(shí)，如果效果不明顯再換。因?yàn)楦鼡Q完的電芯和原來已經(jīng)有所衰減的電芯是很難匹配一致的。下面是樓主的車均衡情況的完全記錄：
車在均衡前，電表顯示充入8.5度，純電里程黃金右腳勉強(qiáng)55KM，有三組電池有問題，去過4S店，檢測表示可以更換，但是樓主沒有換，而是堅(jiān)持均衡。
可見，隨著時(shí)間的不斷累計(jì)，車最高電壓電芯的電壓一直穩(wěn)步下降，240小時(shí)的均衡時(shí)間從3.247V降低到3.111V。存電量從電表8.5度提升到電表11.5度，電池組的電量得到了有效的恢復(fù)。（額，你說為什么不是13度，是11.5，14款秦11.5度已經(jīng)是很好的成績了，幾乎沒有14款秦車主電表可以超過12度，別問為什么，我的車提車電池組標(biāo)記就是12度，用了兩年了，有些自然衰減）而在最近一次的測試中，最高電壓電芯的電壓已經(jīng)低于3.1V，均衡狀況非常好。
根據(jù)樓主和e車會(huì)夏哥的經(jīng)驗(yàn)，唐和秦的電池均衡邏輯大概是這樣的：
首先，系統(tǒng)會(huì)在電量較低（對于15%）和較高（充滿斷電的時(shí)候）標(biāo)記需要放電的電池和需要放電的時(shí)間，而這兩種標(biāo)記方式，明顯在電量較低時(shí)的標(biāo)記更有效，效率高得多。
然后，在合適的時(shí)候---目前知道的有車通電的時(shí)候和充滿電以后（儀表盤轉(zhuǎn)入有背光顯示紅插頭，但是未熄滅背光的時(shí)候）通過電池管理系統(tǒng)對需要放電的電芯進(jìn)行放電。等達(dá)到標(biāo)記的時(shí)間后，斷開均衡系統(tǒng)，本次均衡結(jié)束。到下次條件成熟再次標(biāo)記，再次放電均衡，如此循環(huán)。而這個(gè)均衡過程分為組內(nèi)均衡和組間均衡，即每個(gè)電池組內(nèi)部均衡電壓，不同電池組之間也要均衡。這個(gè)過程目前沒有搞明白具體的邏輯，但是對于用戶來說，只要知道整體的均衡邏輯即可。
這是樓主的車最近用到5%的情況，樓主用這次做了一次均衡實(shí)驗(yàn)。目的是檢驗(yàn)均衡系統(tǒng)放電的邏輯。在中間電量，各個(gè)電芯的電壓差很小，所以這時(shí)候的標(biāo)記會(huì)影響效率，想要更好的均衡，還是用到低電量吧！
5%的時(shí)候電壓差有0.15V，而43%的時(shí)候只有0.008V左右。
這是即將充滿電時(shí)電池組的情況（可見樓主的車96%跳滿，因?yàn)楝F(xiàn)在馬上就滿了）。唐和秦充電的截止電壓應(yīng)該都在3.7V左右，有電芯超過3.7V則馬上停止充電，樓主這個(gè)照片拍完的瞬間，就停止充電了。可以看到這個(gè)電池組，最低電壓電芯的電壓也超過3.52V，可見這臺(tái)車的均衡狀態(tài)非常不錯(cuò)。
這是充滿后均衡完畢以后，放置幾小時(shí)以后的電壓。
這是進(jìn)行完一次完整均衡后，用到5%的情況。可見原來各組電壓最低的電芯基本都沒有出現(xiàn)在這次的表格中。最低電壓電芯編號的變化，代表均衡系統(tǒng)很好的完成了他們的任務(wù)：通過給其他電芯放電，再一起充電，抬高最低電壓電芯的電壓。
電池電量：目前是21.8AH，不太到11度電。出廠的時(shí)候是24，12度電，但是92%就跳滿，2年時(shí)間，基本沒怎么衰減，還是不錯(cuò)的。當(dāng)然，不夠13度也有點(diǎn)糾結(jié)，還好續(xù)航溫度合適的情況下70KM無壓力。
而此前討論比較多的關(guān)于預(yù)約充電均衡的問題，通過夏哥的探索，已經(jīng)基本弄明白邏輯。
結(jié)論大致是：預(yù)約充電沒有涓流充電的功能，無法對電池組進(jìn)行充電。而均衡系統(tǒng)這個(gè)時(shí)候是啟動(dòng)的，但是運(yùn)行效率非常低，只能對1-2個(gè)電芯進(jìn)行放電，效果幾乎可以忽略不計(jì)。預(yù)約充電還是使用波谷電價(jià)的時(shí)候用的，試圖使用預(yù)約來提高均衡時(shí)間是不科學(xué)的。
前邊我們介紹了下電池組工作方式、均衡系統(tǒng)工作邏輯、如何判斷電池組狀態(tài)。下邊我們來說一下小伙伴們共同總結(jié)的合理均衡方式：
1，正常用車，到電池組較低電量（推薦20%以下，10%以上）
2，插槍充電，到充電結(jié)束不要斷電，讓均衡系統(tǒng)充分均衡至儀表盤全黑（如果用車的話可以開走，前邊均衡的小時(shí)數(shù)依然有效）
3，完成后正常用車。
這樣算是一個(gè)循環(huán)，均衡的時(shí)間都是有效均衡，剩下的就是積累足夠的時(shí)間。像樓主的車，累計(jì)均衡超過200小時(shí)才達(dá)到比較完善的效果。
以上我們談到的均衡，都是建立在電芯沒問題的情況下。如果某個(gè)電芯有問題，實(shí)際容量降低了，那么無論均衡系統(tǒng)如何努力，都是無濟(jì)于事的。那么如何判斷電芯問題呢？
均衡問題導(dǎo)致的電壓不一致，是5%的時(shí)候最低電壓電芯和100%時(shí)最低電壓電芯是同一個(gè)。而電芯問題導(dǎo)致的是5%的時(shí)候最低電壓電芯在100%的時(shí)候反而電壓較高甚至最高了，如果你的電池組是這樣的情況，那么沒別的辦法，換掉有問題的電芯吧！
最后，解答一下文章開頭的幾個(gè)問題。
充電量不足、純電續(xù)航里程不足：電池組均衡有問題或某個(gè)電芯有問題，解決方法為首先判斷是哪種情況，相應(yīng)的處理意見前文中已經(jīng)介紹了。
充電跳電：即電池組在充電時(shí)在某個(gè)百分比（比如96%），不經(jīng)過后邊的百分比直接達(dá)到100%。原因是系統(tǒng)對于電池組容量的標(biāo)記大于實(shí)際上電池組的容量。
在充電到這個(gè)百分比時(shí)，已經(jīng)有電芯的電壓達(dá)到終止充電的電壓。所以系統(tǒng)停止充電，同時(shí)認(rèn)定此時(shí)電量為100%，造成此問題的原因也是充電量不足。
電量較低時(shí)電量下降飛快：因?yàn)榱姿徼F鋰電池的放電特征，在中間很長的平臺(tái)電壓變化很低，系統(tǒng)只能估測剩余電量。而當(dāng)電芯剩余電量到達(dá)15%（此時(shí)對應(yīng)電芯電壓大約在3.18V）時(shí)，電壓會(huì)突然下降。
唐和秦的電池管理系統(tǒng)會(huì)在有電芯到達(dá)此電壓時(shí)，重新預(yù)估電池組剩余電量，如果此時(shí)剩余電量顯示為30%，而系統(tǒng)重新估測后認(rèn)為只有15%，那么，管理系統(tǒng)會(huì)提高儀表顯示的電量下降速度，造成的結(jié)果就是原來1%可以跑800米，而此時(shí)只能跑400米。
國內(nèi)電池管理系統(tǒng)BMS的困境
新能源汽車的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的，過去這兩年，隨著新能源汽車的大量推廣使用，我們也聽到了不少關(guān)于新能源汽車的“丑聞”：自燃、虛假續(xù)航里程等，而為什么會(huì)出現(xiàn)這些使用問題呢？沒有使用電池管理系統(tǒng)或使用劣質(zhì)的不成熟的電池管理系統(tǒng)是主因。實(shí)際上，新能源汽車的安全性問題，一直是政府和汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)工作之一。
不久前，科技部、財(cái)政部、工信部和發(fā)改委等四部委，已經(jīng)聯(lián)合發(fā)布了新能源汽車示范推廣“安全令”（即《關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》），強(qiáng)調(diào)“對投入示范運(yùn)行的插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車要全部安裝車輛運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱BMS），特別是要加強(qiáng)對動(dòng)力電池和燃料電池工電動(dòng)汽車自燃原因多種多樣，并非安裝了電池管理系統(tǒng)就可以高枕無憂的，例如：在安全、精度、壽命、放電能力等方面，單體電池可以充放電2000次，成電池組后可能只有1000次，若搭載不成熟的BMS，無法實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地監(jiān)控電池充放電狀況，極易造成電池芯局部功耗過大，產(chǎn)生局部熱量，且信息無法傳遞至駕駛員，極易導(dǎo)致電池自燃發(fā)生。
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，安裝優(yōu)秀的電池管理學(xué)BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池組及各電池單芯的運(yùn)行狀態(tài)，有效預(yù)防電池組自燃，如遇緊急情況提前對司機(jī)作出突發(fā)事件預(yù)警，為保障安全贏得時(shí)間。
新能源汽車和電池管理系統(tǒng)的未來
中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21世紀(jì)初，迄今發(fā)展不過十?dāng)?shù)年，由于人們對于環(huán)保和可再生能源的渴求，新能源汽車才迎來了發(fā)展機(jī)遇，之后便一發(fā)不可收拾，在很長的一段未來里，新能源汽車都會(huì)作為一個(gè)挑戰(zhàn)者去侵占原本屬于傳統(tǒng)燃油汽車的廣大市場，而且由于社會(huì)發(fā)展的需要，這種市場份額的侵占，是可以預(yù)期的。
在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時(shí)，我們必須清楚地認(rèn)識到，技術(shù)的發(fā)展才是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，而穩(wěn)定、高效、安全、可靠的產(chǎn)品就是技術(shù)的體現(xiàn)，我們必須要知道，國內(nèi)目前的新能源汽車行業(yè)并不友善，頻發(fā)的電動(dòng)車自燃事件和虛假續(xù)航里程，都暴露出國內(nèi)目前新能源電池組、電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、檢測、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的不完善。
技術(shù)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的缺失，也沒有權(quán)威機(jī)構(gòu)對廠家生產(chǎn)的BMS進(jìn)行權(quán)威檢測，這是目前國內(nèi)BMS市場的困局，導(dǎo)致了BMS產(chǎn)品的良莠不齊，難以大面積推廣。
同時(shí)，目前國內(nèi)很多汽車廠商及電池PACK企業(yè)對于BMS的重要性認(rèn)識不足，以為只要各個(gè)單體電池芯能鏈接上，就能保證車輛運(yùn)行，對其安全性心存僥幸，在BMS采購中一味地追求低價(jià)格，為求合同的簽訂，某些不良BMS供應(yīng)商只有降低BMS功能指標(biāo)或干脆閹割部分功能，從而埋下安全隱患，這也是對整個(gè)行業(yè)的不負(fù)責(zé)任和傷害。
只有盡快建立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，打壓不符合市場要求的生產(chǎn)商，建立健全的檢測體系，電池管理系統(tǒng)和新能源汽車才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來，這也是諸多廠商和消費(fèi)者的訴求。
