针对锂电池BMS的验证方案

针对锂电池BMS的验证方案陈贵生【摘要】随着新能源电动车的推广和普及、带BMS管理系统的锂离子电池得到越来越多的应用，如何验证锂电池组BMS管理系统的有效性和可靠性是所有新能源车企所要解决的重点问题.鉴于目前在BMS的仿真测试中无法实现电源和负载功能的连续转换，与充放电系统的实际工况相差较大，本文结合锂电池在整车上的实际使用需求，给出一种全面验证BMS性能的可行性验证方案.【期刊名称】《摩托车技术》【年(卷)，期】2018(000)006【总页数】3页(P45-47)【关键词】锂电池;BMS;验证方案【作者】陈贵生【作者单位】宗申机车【正文语种】中文早期新能源电动车所使用的动力电池大多为铅酸电池，这种电池能量密度小、续航里程短、使用寿命也短，锂离子电池凭借其充放电效率高、能量密度大和续航能力强等优点已逐渐取代传统的铅酸电池。由于锂电池受到电芯材料和目前制作工艺等因素的限制，单节电芯之间往往存在着内阻、容量、电压等差异，所以在实际应用中，电池组内部各单体电芯容易出现散热不均或过度充放电等现象，进而导致电池损坏并大大减少其寿命。为了智能化管理各个电池单元，防止锂电池出现过充电和过放电，并延长锂电池的使用寿命，BMS(BatteryManagementSystem)就显得尤为重要。从实际的使用角度来看，BMS产品的难点在于复杂的线束、一对应的关系和均衡的实现。1BMS管理系统的结构BMS系统通常包括检测模块与运算控制模块。检测是指测量电芯的电压、电流和温度以及电池组的电压、电流等，然后将这些信号传给运算模块进行处理并发出指令。运算控制模块一般包括硬件、基础软件、运行时环境(RTE)和应用软件。运行环境一般分为：电池状态的估算算法、故障诊断和保护功能；电池状态的估算包括：SOC(StateOfCharge)、SOP(StateOfPower)、SOH(StateofHealth)、均衡和热管理。其软件部分的架构概观如图1所示。图1软件部分的架构2对BMS检测/运算模块的验证(见图2)2.1对检测功能的验证BMS对各监控单元的采集精度在一定程度上决定了其系统的运算精度。我们基于一个完整的锂电池组，使用不同工况电流对电池组进行充/放电试验，通过锂电池性能检测设备可以有效测量锂电池组的电压、电流、功耗等参数，通过对比BMS采集的电池组电压、电流和功耗等参数来验证其测量的准确性。通过万用表、电流表、温度表等测试工具对电池组性能的测试可以有效验证BMS对温度、电流和绝缘电阻等参数的测量准确性。2.2故障模拟为了有效验证BMS的管理性能，我们将通过多种现实场景的模拟，来进一步验证BMS的性能，具体方法如下。替换法：随机将锂电池组内的某单节电芯更换为带有特定故障性能的电芯(例如：容量相对较少、内阻相对较大、压差较大等故障电芯），再对锂电池组进行充/放电性能试验。通过测量分析单节故障电芯的电性能，来确认BMS在锂电池组运行过程中所采取的均衡措施、纠错能力、保护性能等。基于替换的随机性，可选择多点验证。路况模拟：根据整车在不同道路上行驶时可能会产生的振动情况，在振动试验台上对锂电池组施加不同的机械负载（随机振动、正弦振动、冲击性能等），在振动试验的同时对锂电池组进行充/放电性能试验。通过CAN通讯测试软件监测BMS的通讯信号、报文、故障代码等是否有报错现象。图2检验示意图图3BMS的网络仿真测试环境模拟：1）将锂电池组置于不同的温度环境、湿度环境下进行充/放电试验（也可结合路况模拟环境同时试验）。通过CAN通讯测试软件监测BMS的通讯信号、报文、故障代码等是否有报错现象，检查热管理是否其作用。2）将锂电池组置于盐雾环境、淋雨环境中一定时间，检测其通讯接口、通讯功能是否完整。单点故障模拟：对BMS系统的线路进行单线短路、单线断路、对电池系统进行局部过温加热、对与整车相关联参数进行模拟信号仿真等。当系统出现单点故障时，采用示波器测试BMS控制信号的响应时间，通过热成像仪分析BMS的热管理性能，同时分析各项保护参数限值、SOH、SOP性能的有效性等。2.3循环耐久性将锂电池组置于三综合试验箱（温度、湿度、振动）中，同时对锂电池组进行充/放电循环耐久试验，通过分析、比对循环耐久过程中锂电池的性能参数，来验证BMS的SOC、SOH的有效性和可靠性。2.4道路耐久将锂电池组与配套的整车一起进行道路耐久性试验，通过CAN网络离线采集工具，全工况采集锂电池组BMS的电压、电流、温度、故障代码、权限管理等参数，全面分析、验证该系统的可靠性、稳定性和有效性。3总结а） 基于实际使用工况的模拟验证可以有效避免系统仿真测试中，负载模块转换不连续而造成的的偏差，从而提高了验证环境的可信性。б） 对于BMS测量单元的验证手段全程可控，通过对检验设备的定期计量可以有效保障检测结果的溯源性。c） 本文论述的验证方