如果把電芯比作人體的心臟，模組和電池包比作強(qiáng)健的體魄，那么整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)要平穩(wěn)運(yùn)行，還需要一個(gè)支配身體的智慧大腦，那就是BMS。

電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，簡(jiǎn)稱(chēng)BMS)是連接電池和電動(dòng)汽車(chē)的重要紐帶，其精準(zhǔn)的控制和管理為電池的完美應(yīng)用保駕護(hù)航。

“龍生九子，各有不同。”即使同一批次生產(chǎn)的兩個(gè)單體電芯，因生產(chǎn)工藝誤差、使用環(huán)境差異等，其性能也不可能完全一致;在使用過(guò)程中這種不一致性會(huì)逐漸擴(kuò)大，可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放和局部過(guò)熱的危險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)影響到電池組的使用壽命和安全。

這時(shí)就需要BMS大顯身手。

那么問(wèn)題來(lái)了，BMS主要做什么?

關(guān)于BMS的功能，行業(yè)內(nèi)關(guān)于其分類(lèi)方式不盡相同。不過(guò)從用戶的角度來(lái)理解，可大致劃分為兩大功能—— “電池體檢”和“安全衛(wèi)士”。

即時(shí)體檢

精準(zhǔn)掌握電池狀態(tài)

即時(shí)“體檢”，指的是電池?cái)?shù)據(jù)采集和狀態(tài)評(píng)估。

數(shù)據(jù)采集，可簡(jiǎn)單理解為給電池做例行的“體檢”;在充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集電池組中每塊電池的端電壓、溫度、充放電電流及總電壓，防止電池發(fā)生過(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。

這種“體檢”是在線的、持續(xù)的、不間斷的。過(guò)程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，可及時(shí)查詢(xún)對(duì)應(yīng)電池狀況，并挑選出有問(wèn)題的電池，從而保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性。

工程師在搭建BMS硬件在環(huán)測(cè)試模擬環(huán)境

工程師在采集數(shù)據(jù)，觀測(cè)車(chē)輛在充電狀態(tài)下的電流、電壓、SOC的變化

寧德時(shí)代掌握業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高精度測(cè)量技術(shù)，總流總壓精度可達(dá)千分之五;采樣數(shù)據(jù)精度很高，通過(guò)實(shí)時(shí)了解電池真實(shí)工作狀態(tài)，及時(shí)做出判斷與修正。

“體檢”結(jié)束之后，會(huì)進(jìn)入分析、診斷、計(jì)算的階段，之后生成“體檢報(bào)告”，這個(gè)過(guò)程可以理解為電池的狀態(tài)評(píng)估。

這時(shí)，我們需要了解一個(gè)行業(yè)的常用術(shù)語(yǔ)——SOC。

何為SOC?

電池組的荷電狀態(tài)(State of Charge，即SOC)，即電池剩余電量。SOC是判斷電池過(guò)充及過(guò)放等一系列故障的基礎(chǔ)，精確的估算SOC，可防止電池過(guò)充和過(guò)放，延長(zhǎng)電池的使用壽命，從而提高電池的利用率。

其實(shí)，除了SOC估算，還有SOH(State of Health),SOP(State of Power)，用戶可通過(guò)車(chē)上儀表顯示看到這些數(shù)據(jù)，從而確認(rèn)電池的工作、功能狀態(tài)。據(jù)此，在保護(hù)電池的基礎(chǔ)上，將潛力發(fā)揮最大化，大大提升駕乘體驗(yàn)。

因此SOC等數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確與否，就顯得特別重要。估算不準(zhǔn)帶來(lái)的后果，有可能是汽車(chē)拋錨、與預(yù)期的行駛里程數(shù)不符等。

車(chē)輛正在進(jìn)行快充實(shí)驗(yàn)時(shí)，SOC顯示52%

舉個(gè)例子，滿電情況下續(xù)航里程為400公里的車(chē)輛在道路行駛。若估算準(zhǔn)確，當(dāng)SOC顯示為10%時(shí)，還可能行駛的里程是40公里;若估算不準(zhǔn)，SOC達(dá)到15%，則用戶以為的里程為60公里，事實(shí)上可能在行駛40公里之后，就已經(jīng)沒(méi)電了。很顯然，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，這樣的情況很糟糕。

關(guān)于電池狀態(tài)的估算，需要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的計(jì)算。寧德時(shí)代掌握了精確的核心算法，通過(guò)基于電池參數(shù)的估算方法，有效消除累積誤差的影響，估算更精確。NCM估算精確度在3%，LFP在5%左右。

“安全衛(wèi)士”

保護(hù)電池及人身安全

BMS還有另一大核心功能，就是“安全衛(wèi)士”;可簡(jiǎn)單理解為保護(hù)的作用，主要體現(xiàn)在對(duì)電池及高壓安全的防護(hù)上。

首先，由于電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，電池濫用或損壞會(huì)影響到電池壽命及安全性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電池?zé)崾Э兀瑥亩l(fā)安全事故。BMS對(duì)電池的保護(hù)功能表現(xiàn)在：一方面，對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;另一方面，與整車(chē)及充電機(jī)等外部系統(tǒng)進(jìn)行通訊，對(duì)充放電過(guò)程進(jìn)行及時(shí)有效的控制，從而防止危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

目前，寧德時(shí)代已實(shí)現(xiàn)了BMS對(duì)電池充電、放電及均衡過(guò)程全方位的保護(hù)，做到了對(duì)故障的提前預(yù)防、發(fā)生檢測(cè)，過(guò)程控制及影響降級(jí)。

工程師在-30℃的黑河進(jìn)行樣車(chē)冬季測(cè)試

其次，電池系統(tǒng)電壓可達(dá)300-500V，遠(yuǎn)超人體安全電壓，風(fēng)險(xiǎn)隱患極大，高壓安全防護(hù)為此保駕護(hù)航。BMS通過(guò)對(duì)絕緣電阻、高壓互鎖及繼電器狀態(tài)的檢測(cè)，對(duì)可能發(fā)生的高壓泄漏風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行檢測(cè)及控制，從而保護(hù)駕駛員、乘客及維修人員的人身安全。

工程師在整車(chē)廠進(jìn)行高壓測(cè)試

說(shuō)到安全，就不得不提功能安全了。功能安全是BMS安全開(kāi)發(fā)的核心，目的是預(yù)防、檢測(cè)及控制BMS及其他E/E部件故障所造成的動(dòng)力電池系統(tǒng)危險(xiǎn)。寧德時(shí)代始終以做世界第一安全電池為發(fā)展目標(biāo)，是業(yè)內(nèi)較早進(jìn)入功能安全開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，也是第一個(gè)開(kāi)發(fā)具有ASILD功能安全目標(biāo)的BMS產(chǎn)品的動(dòng)力電池企業(yè)。

何為ASIL D等級(jí)?

國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度，將安全需求劃分為A到D的安全等級(jí)(Automotive Safety Integrity Level ，ASIL)，其中D級(jí)為最高等級(jí)，是最苛刻的安全需求，意味著功能安全開(kāi)發(fā)流程及技術(shù)要求更嚴(yán)格、相應(yīng)的開(kāi)發(fā)成本增加、開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)。

不同安全等級(jí)產(chǎn)品的隨機(jī)硬件失效率要求

ASILD等級(jí)要求產(chǎn)品安全目標(biāo)失效率小于10^-8/h，意味著1輛車(chē)假定每天運(yùn)行4小時(shí), 需要運(yùn)行7萬(wàn)年才出現(xiàn)1次違反安全目標(biāo)的功能性故障。而如此低概率的失效率，可媲美飛機(jī)的安全設(shè)計(jì)要求。

寧德時(shí)代已先后為寶馬、大眾、標(biāo)致雪鐵龍及長(zhǎng)城等多家國(guó)內(nèi)外客戶，提供或合作開(kāi)發(fā)了滿足功能安全要求的BMS產(chǎn)品，獲得了客戶及第三方評(píng)審機(jī)構(gòu)的一致認(rèn)可。在積累了豐富項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，寧德時(shí)代也逐漸形成了BMS產(chǎn)品功能安全的巨大優(yōu)勢(shì)。

其實(shí)，BMS的功能遠(yuǎn)不止這些，可謂“小身材，大智慧”。電池管理系統(tǒng)協(xié)同電池包，為整車(chē)提供強(qiáng)大的動(dòng)力電池系統(tǒng)。