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BMS电池平衡管理技术 影响电动车使用体验

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油电混合车需较大输出电能驱动车辆,电池模块需大量电池整合,对电池现况的掌控、输出状态就必须透过BMS监控掌握。Chevrolet
油电混合车需较大输出电能驱动车辆,电池模块需大量电池整合,对电池现况的掌控、输出状态就必须透过BMS监控掌握。Chevrolet

不管是Hybrid或是Serial Hybrid油电混合的还保节能车型,或是强调全电力驱动的EV电能车,不论是否具备汽油引擎辅助,最终设计方案都需面对电池的充?放电管理与维护,同时间车辆在搭载高容量锂或镍氢电池的前提下,电池管理技术也必须同时兼具电池运行状态健康监看与管理,防范电池反应过于活跃而产生安全疑虑...

发展环保车辆技术,使用洁净的电能,其实是多数车厂都会选择的设计方案,因为电能转换成动能的相关零组件与设计经验,是相对成熟且完整的,而电能的产生与能量收集,可透过如太阳能电池或是其他方案快速储存、转换,同时以电能型态做功后整体驱动系统也不会产生有害环境的衍生物,正因如此,电力驱动的节能车技术,也是目前车厂最关注、积极发展的应用技术。

BEV车辆可以在车库停放时利用市电为车辆充电,市电来源也可以由太阳能或其他洁净能源转换供应。Volvo

BEV车辆可以在车库停放时利用市电为车辆充电,市电来源也可以由太阳能或其他洁净能源转换供应。Volvo

BMS电池平衡管理系统模块,因为处理大电力控制,模块本身也须注意保护电路设计,避免BMS使用过程故障受损。Maxim

BMS电池平衡管理系统模块,因为处理大电力控制,模块本身也须注意保护电路设计,避免BMS使用过程故障受损。Maxim

针对油电混合、全电力车设计的电源管理控制解决方案芯片,可快速架构发展环保电力车所需的电池管理平衡系统。intersil

针对油电混合、全电力车设计的电源管理控制解决方案芯片,可快速架构发展环保电力车所需的电池管理平衡系统。intersil

针对油电混合车,必须透过电池管理维持电池模块最佳使用状态,避免模块故障影响电力输出。MathWorks

针对油电混合车,必须透过电池管理维持电池模块最佳使用状态,避免模块故障影响电力输出。MathWorks

电能在车用环境中,最被关心的几大使用状态为充电、储存、驱动等方面,如何控制电能?多数都是透过Battery management system(BMS)主动电池平衡管理系统,来解决大容量锂?镍氢电池应用的管理方案,而BMS系统的运作效率,或是能源切换衔接的整合细节,都会影响车主操控电能或是油电混合环保车型的直接体验。

电池蓄能与输出表现 直接影响电力环保车使用体验

电能最大驱动做功若无法达到峰值极限,则会直接影响车辆的动力表现与最大输出效能,而同时行进间的动力回收,也必须利用更高效的回收机制,避免能源过度浪费,确保电能车或油电混合动力,可以达到车辆的最大巡航范围。

尤其是主动平衡电池管理系统BMS,更是带领环保车进入全新发展领域的关键技术!因为电池的应用技术与电力驱动马达相关技术均已达到物理极限,只要在电池管理方面有更完善的方案,即可令产品有超乎同领域设计的差异表现。尤其在相关方案的实作设计方面,也有相当多的方法可实现驱动电池的主动平衡管理功能,而BMS方案除必须考量整体系统效能的最佳化要求外,同时也必须考量系统的可靠度,进而选取适当应用方案。

基本上,BMS电池管理系统可否发挥卓越的管理效能,第一个关键即为电池电压的实时(Real time)测量可不可以在实时迅速完成、汇整与准确测量,尤其是电池的电压表现,极易受到用车时的动力输出变化、影响驱动电流大小,在实际的应用状况是,开发工程师必须在同一时间内同时量测整个大电池模块的各个小电池的电压现况,才能取得相对准确的电池模块电压状态,同时也能针对每个小电池模块来了解电池现有的健康状态。

整合实时电池模块应用状态 BMS为重要关键设计

尤其是实时侦测数据越完整,也就能够更准确地掌握电池的健康现况,目前现有针对Hybrid、Serial Hybrid所使用的电池模块,通常因为驱动车辆的能量相对较大,多会采行大量电池模块堆叠整合,来增强其电池蓄能的输出能力,而构组成一个大电池模块下的小电池模块,必须能够有效掌握每个模块区块的蓄能与电池状态,可让BMS动态调配整合模块提供最佳输出能量状态。

而BMS的控制内容,必须能准确掌握小电力模块区块的蓄能与应用状态,尤其是蓄能与模块温度,必须Realtime密集监控,一方面确认最佳输出水准,另一方面也必须能掌握元件是否处于安全状态稳定输出,避免单一元件耗损出现高温或是蓄能不佳,而影响邻近电源模块输出表现。

BMS可以一PCB整合多组电源监控管理IC,而这些监控功能IC数量,需视实时监控的电源模块数量,基本上区块电源模块切割的能量输出单位越小,也表示BMS能掌握的电池健康与蓄能状态更为精确,虽理论如此,但实际上若侦测的单位电力模块过多,也会增加BMS系统的复杂度、甚至影响此功能模板的制作成本与维护成本。

简化与模块化BMS设计 可让电力节能车设计更趋实用

为了简化BMS设计,同时提供更迅捷的电力单元监控能力,BMS系统模板也会利用特定的ASIC来建构实时监控设计需求,因为ASIC可简化BMS电路板设计,也能建构高速、稳定的监控功能,提供电动车最完整的电池蓄能状态监控、分析与区块保护功能应用的进阶电池管理功能。

目前在BMS应用方面,由于各车厂均有自己的电能节能方案设计,现仍未有主流解决方案,加上电力辅助或是全电力车型所使用的电力蓄能与产品设计不同,如轻量都市巡航应用的小型EV全电力车,或是针对都会通勤设计的短距离混合动力车型,对于电力模块的需求,就不会比强调性能的高效能型电能辅助车种来得大,在BMS的设计负荷就会相对小许多,也可朝成本较低的方案进行模块设计与功能整合。

BMS也不光只是用于监控电力蓄能单元的健康状况,多数的设计还必须确保各电源模块的电力输出平衡,透过分配不同模块的输出状态,同时在各模块间双向传送、分配电力输出,平均使用每个电力模块的蓄能,避免过度使用区块电源而造成整个电力模块的寿命受到单位蓄能模块的影响,尽可能达到最理想的平衡输出效果,也能让电力蓄能系统达到最佳化系统设计效果。

此外,BMS也不宜采单板设计,较好的方式是将整组BMS再切割数个部分,采模块化的设计方案。因为BMS系统需在大电力下运行,元件的耗损状况会较多,若采行单板设计,容易造成电力系统一旦出现故障问题、为了排除故障必须单板置换更新,造成模块成本偏高。因此较佳的方式是切割成数块模板进行维修替换,也可便于管理高压电力模块。

电力模块设计方案,一般的作法为缺省模块电压不高于系统的额定电压,可以用堆叠来增加输出能量,虽然堆叠设计无数量上的限制,但基本的系统绝缘条件与相关额定最高限制,仍须在设计上小心面对,避免让电力系统出现难以掌控的安全问题。

BMS除了在车辆的电力系统启动时,预先进行系统的整体电力系统检视、分析,像是电池管理系统的分析、诊断与故障侦测回馈外,另必须针对电池模块可能的过压、欠压、传感回路侦测、过热、故障状态初步诊断、模块通讯现况侦测,以达到系统随时检测电池状态、避开故障模块影响之设计目的。而每一个BMS模板,同时必须配备Multi-drop CAN界面,再透过连接与主控制器,以高速连结进行通讯。

BMS电路板,也可利用CAN汇流排进行电动车的电力系统整体诊断,同时利用CAN来设定输出状态、电力配置等,同时精确地透过CAN汇流排来统计目前电池蓄能残量,利用行车电脑准确算出巡航范围与可用里程,也可避免油电、全电力车用车驾驶对于电力车残余蓄能可行驶多少距离的焦虑感,让驾驶更安心使用节能车辆。