解析电动汽车电池管理系统新国标GBT38661-2020
1 引言
目前,尚没有可参考的电动汽车电池管理系统国际标准,我国为实现电动汽车电池管理系统的规范化生产,推动新能源汽车行业的良性发展,正在逐步建立电动汽车电池管理系统标准化体系,其中新国标GB/T38661-2020《电动汽车用电池管理系统技术条件》已发布实施｡
在此新国标发布之前,电动汽车电池管理系统只有行业标准QC/T897-2011,程浩等提出该行业标准已经远远滞后于电池管理系统行业的发展,针对QC/T897-2011的不足,他们从SOC/SOH/SOP测试､均衡管理､热管理､电磁兼容性等其他方面,对未来BMS标准化的方向进行了展望｡
这是由于之前对汽车电池管理系统的研究处于初期,对电池充放电管理的可靠性､电池电量均衡管理､电池状态估算方面还有所欠缺｡
因此,新发布的国标GB/T38661-2020或将成为我国电动汽车电池管理系统标准化的重要依据,广大电动汽车电池相关企业应高度重视对新国标的要求解读｡为帮助相关企业全面了解新国标的各项规定,本文对新国标的检测对象､要求和方法进行解读,以期为相关企业提供必要的技术参考｡
2 BMS功能简介
电池管理系统是电动汽车动力电池系统的重要组成部分｡它的主要目的是保证电池系统的设计性能,从安全性､耐久性和动力性3个方面提供作用,主要通过监控电池系统的运行状态,防止电池出现过充和过放的情况｡而新国标GB/T38661-2020规定电动车用电池管理系统的基本功能应包括监测或获取数据､故障诊断信息记录及处理､自检､信息交互､实时通信等,如下表1所示｡
3 解读GB/T38661-2020
GB/T38661-2020规定了3类检测对象:蓄电池电子部件､蓄电池控制单元和蓄电池管理系统,对应7大类检验项目,从状态参数测量精度､SOC估算精度､电池故障诊断､绝缘性能､电气适应性能､环境适应性能和电磁兼容性能规定了车用电池管理系统的测试要求;同时这7大类检验项目又细分为32个检验分项(如下表2)｡
3.1 状态参数测量精度
GB/T38661-2020规定的状态参数包括:总电压､总电流､单体(电芯组)电压､温度､绝缘电阻,各参数的精度要求见表2｡汽车电池内所含的电芯数量庞大,状态参数测量精度是实现电池管理的前置条件｡采集到的电池关键信息是电池管理系统对电池和动力装置进行控制的控制算法和策略的前提和基础,因此信息的采样速率和精度均会影响电池管理系统的性能｡
3.2 SOC估算精度
SOC是指电池的荷电状态,目前国内外普遍定义为可用容量占额定容量的百分比｡汽车电池管理系统将SOC作为充放电的重要阈值,通过对SOC的监测动态调整锂离子电池充放电状态,避免电池滥用延长使用寿命｡虽然从定义看直接决定SOC值的是锂离子电池的额定容量和可用容量｡但从计算方法涉及的参数看锂离子电池端电压和回路电流是最重要的测量参数,故最终影响SOC估算精度的主要还是归结于电压和电流测量的精度｡
3.3 电池故障诊断
为防止锂离子电池出现过充､过放或过温等滥用情况,延长电池使用寿命,必须实时监控锂离子电池组及各单芯电池的运行状态,并在异常情况出现时及时进行故障诊断给出预警信号,才能为保障乘员安全赢得必要时间,避免突发事故的发生｡GB/T38661-2020对汽车电池管理系统故障诊断的基本项目和可扩展项目分别做出规定,一方面对汽车电池管理系统电池故障诊断的基本功能进行界定,另一方面考虑到不同车企的产品设计需要,新国标也允许根据整车功能设计和电池系统的具体需要设定标准之外的故障诊断功能｡
3.4 性能测试
GB/T38661-2020参考了行业标准QC/T897-2011,并结合车用电池的实际使用环境,从硬件性能层面对车用电池管理系统设定了绝缘､电气适应､环境适应和电磁兼容的性能测试方法和判定依据｡与QC/T897-2011相比,新国标增加了12个检验项目:电磁兼容性能6个(传导骚扰､电源线瞬态传导抗扰度､信号线/控制线瞬态传导抗扰度､电快速瞬态脉冲群抗扰度､辐射抗扰度和静电放电),电气适应性能5个(直流供电电压､叠加交流电压､供电电压缓降和缓升､供电电压瞬态变化和短路保护)和环境适应性能部分1个(机械冲击)｡新国标是以QC/T897-2011为指导,结合汽车电池管理系统的实际使用工况对各个测试项目和结果判定进行了细化,监测项目涵盖了电动汽车电池管理系统的主要功能,是汽车电池管理系统标准化的重要体现｡
4 结论
新国标GB/T38661-2020的发布实施,标志着电动汽车电池管理系统标准化体系的不断完善,必将影响电动汽车产业的发展｡一方面新国标成为行业新门槛,是电动汽车行业优胜劣汰的重要推手;另一方面新标准也成为行业监督的利器,促进电动汽车电池管理系统的标准化生产,全面提升电动汽车电池管理系统的安全性,必将极大促进电动汽车产业的发展｡
目前,尚没有可参考的电动汽车电池管理系统国际标准,我国为实现电动汽车电池管理系统的规范化生产,推动新能源汽车行业的良性发展,正在逐步建立电动汽车电池管理系统标准化体系,其中新国标GB/T38661-2020《电动汽车用电池管理系统技术条件》已发布实施｡
在此新国标发布之前,电动汽车电池管理系统只有行业标准QC/T897-2011,程浩等提出该行业标准已经远远滞后于电池管理系统行业的发展,针对QC/T897-2011的不足,他们从SOC/SOH/SOP测试､均衡管理､热管理､电磁兼容性等其他方面,对未来BMS标准化的方向进行了展望｡
这是由于之前对汽车电池管理系统的研究处于初期,对电池充放电管理的可靠性､电池电量均衡管理､电池状态估算方面还有所欠缺｡
因此,新发布的国标GB/T38661-2020或将成为我国电动汽车电池管理系统标准化的重要依据,广大电动汽车电池相关企业应高度重视对新国标的要求解读｡为帮助相关企业全面了解新国标的各项规定,本文对新国标的检测对象､要求和方法进行解读,以期为相关企业提供必要的技术参考｡
2 BMS功能简介
电池管理系统是电动汽车动力电池系统的重要组成部分｡它的主要目的是保证电池系统的设计性能,从安全性､耐久性和动力性3个方面提供作用,主要通过监控电池系统的运行状态,防止电池出现过充和过放的情况｡而新国标GB/T38661-2020规定电动车用电池管理系统的基本功能应包括监测或获取数据､故障诊断信息记录及处理､自检､信息交互､实时通信等,如下表1所示｡
3 解读GB/T38661-2020
GB/T38661-2020规定了3类检测对象:蓄电池电子部件､蓄电池控制单元和蓄电池管理系统,对应7大类检验项目,从状态参数测量精度､SOC估算精度､电池故障诊断､绝缘性能､电气适应性能､环境适应性能和电磁兼容性能规定了车用电池管理系统的测试要求;同时这7大类检验项目又细分为32个检验分项(如下表2)｡
3.1 状态参数测量精度
GB/T38661-2020规定的状态参数包括:总电压､总电流､单体(电芯组)电压､温度､绝缘电阻,各参数的精度要求见表2｡汽车电池内所含的电芯数量庞大,状态参数测量精度是实现电池管理的前置条件｡采集到的电池关键信息是电池管理系统对电池和动力装置进行控制的控制算法和策略的前提和基础,因此信息的采样速率和精度均会影响电池管理系统的性能｡
3.2 SOC估算精度
SOC是指电池的荷电状态,目前国内外普遍定义为可用容量占额定容量的百分比｡汽车电池管理系统将SOC作为充放电的重要阈值,通过对SOC的监测动态调整锂离子电池充放电状态,避免电池滥用延长使用寿命｡虽然从定义看直接决定SOC值的是锂离子电池的额定容量和可用容量｡但从计算方法涉及的参数看锂离子电池端电压和回路电流是最重要的测量参数,故最终影响SOC估算精度的主要还是归结于电压和电流测量的精度｡
3.3 电池故障诊断
为防止锂离子电池出现过充､过放或过温等滥用情况,延长电池使用寿命,必须实时监控锂离子电池组及各单芯电池的运行状态,并在异常情况出现时及时进行故障诊断给出预警信号,才能为保障乘员安全赢得必要时间,避免突发事故的发生｡GB/T38661-2020对汽车电池管理系统故障诊断的基本项目和可扩展项目分别做出规定,一方面对汽车电池管理系统电池故障诊断的基本功能进行界定,另一方面考虑到不同车企的产品设计需要,新国标也允许根据整车功能设计和电池系统的具体需要设定标准之外的故障诊断功能｡
3.4 性能测试
GB/T38661-2020参考了行业标准QC/T897-2011,并结合车用电池的实际使用环境,从硬件性能层面对车用电池管理系统设定了绝缘､电气适应､环境适应和电磁兼容的性能测试方法和判定依据｡与QC/T897-2011相比,新国标增加了12个检验项目:电磁兼容性能6个(传导骚扰､电源线瞬态传导抗扰度､信号线/控制线瞬态传导抗扰度､电快速瞬态脉冲群抗扰度､辐射抗扰度和静电放电),电气适应性能5个(直流供电电压､叠加交流电压､供电电压缓降和缓升､供电电压瞬态变化和短路保护)和环境适应性能部分1个(机械冲击)｡新国标是以QC/T897-2011为指导,结合汽车电池管理系统的实际使用工况对各个测试项目和结果判定进行了细化,监测项目涵盖了电动汽车电池管理系统的主要功能,是汽车电池管理系统标准化的重要体现｡
4 结论
新国标GB/T38661-2020的发布实施,标志着电动汽车电池管理系统标准化体系的不断完善,必将影响电动汽车产业的发展｡一方面新国标成为行业新门槛,是电动汽车行业优胜劣汰的重要推手;另一方面新标准也成为行业监督的利器,促进电动汽车电池管理系统的标准化生产,全面提升电动汽车电池管理系统的安全性,必将极大促进电动汽车产业的发展｡
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