電池管理系統傳感器的案例
新能源汽車電池管理系統（BMS）中傳感器技術應用
車載蓄電池作為新能源電動汽車的核心，直接關系到車輛壽命、行駛里程、車輛經濟性、安全性，這一切又取決于電池管理系統的性能。而電池管理系統監控的準確性、執行動作可靠性則依賴各類
傳感器，故對于傳感器技術的研究與分析尤為必要。
一、新能源電動汽車電池管理系統
電池管理系統（Battery Management System，簡稱BMS）是監控車用蓄電池的電壓、電流、負載、溫度等狀態，并能為其提供安全、通信、電芯均衡和管理控制，提供同應用設備通信接口的系統，如圖1所示。BMS具備監控蓄電池系統總電壓、電流數據，獲取單體電池、電芯組、電池模塊電壓，掌握電池包內溫及其形態等數據。它主要由3個部分構成，包括硬件架構、底層軟件以及應用軟件。
1.1硬件架構
BMS硬件包含CPU、電源和采樣IC、隔離變壓器、CAN模塊、EEPROM和RCT等，其核心是CPU。BMS硬件結構如圖2所示，集中式、分布式是BMS硬件的拓撲結構。集中式把電子部件歸納在板塊內，采樣芯片由菊花鏈接主芯片通信，鏈路簡單，成本低廉，缺點是穩定性不足。分布式由主板、從板組成，系統配置靈活，通道利用率高，適用于各類電池組，缺點是電池模組數量不足時造成通道浪費。
BMS的主控制器具備處理上報來的信息、綜合判斷電池運行情況、實現控制策略并處理故障信息功能。高壓控制器具備收集上報總電壓、電流，并為主板提供載荷情況（SOC）、健康狀況（SOH）所需數據，實現預充電、絕緣兩項檢測功能。從控制器具備單體電池信息采集上報，擁有動平衡功能，可以保持電芯的動力輸出一致性。采樣控制線束具備同時在每一根電壓采樣線上添加冗余保險功能，可避免電池外部短路故障（圖2）。
展開 用于電動汽車電池管理系統中的高精度溫濕度傳感器
電流測量手段主要分兩種智能分流器或霍爾電流傳感器。由于電池系統需要處理的電流數值，往往瞬時很大，比如車輛加速所需要的放電電流和能量回收時候的充電電流，因此評估測量電池包的輸出電流(放電)和輸入電流(充電)的量程和精度，這是一件需要仔細檢查的工作。電流是引起單體溫度變化的主要原因，作用在內阻和化學發熱一起構成了電池發熱；電流變化的時候也會引起電壓的變化，與時間一起，這三項是核算電池狀態的必備元素。
電池包內一般有多個繼電器，電池管理系統至少要完成對繼電器的驅動供給和狀態檢測，繼電器控制往往是和整車控制器協調后確認控制器，而安全氣囊控制器輸出的碰撞信號一般與繼電器控制器斷開直接掛鉤。電池包內繼電器一般有主正、主負、預充繼電器和充電繼電器，在電池包外還有獨立的配電盒對整個電流分配做個更細致的保護。對電池包的繼電器控制，閉合、斷開的狀態以及開關的順序都很重要。
如前所述，電池的化學性能受環境的溫度影響非常大，為了保證電池的使用壽命必須讓電池工作在合理的溫度范圍之內，并根據不同的溫度給整車控制器得出其所能輸出和輸入的最大功率。對于電池系統的溫度控制主要用到CFD仿真分析，如前所述的溫度傳感器這一單元，如何使用最少的傳感器來有效的監測整個電池包的溫度分布，并將監測信息反饋給電池管理系統和整個電池溫度管理系統。
最后推薦一款由工采網從國外引進的高質量溫濕度傳感器，高精度濕度測量傳感器模塊 - HTW-211，HTW-211是基于HumiChip?的精確可靠的濕度測量傳感器。傳感器的濕度輸出已經溫度補償，并且是線性電壓，可直接連接帶ADC輸入的微計算機。特別設計的成型封裝和涂層材料能夠確保即使在嚴苛環境下的耐受性和可靠性。
展開 多種傳感器在儲能消防系統鋰電池火災探測報警器中的應用
工采網提供進口的CO傳感器TGS5141，氫氣傳感器TGS2616,VOC傳感器TGS2602,離子煙霧傳感器 NIS-09C和溫濕度傳感器HTW-211, 監測防護區內CO氣體濃度、氫氣濃度、VOC濃度、煙霧濃度和電池表面溫度的變化，智能判斷鋰電池是否發生熱失控。
氫氣傳感器在氫燃料電池系統中的應用
非常適用于檢測氫燃料電池系統的氫氣泄露。
以下是TGS2615-E00的基本參數：
檢測量程：40-4000ppm
電路電壓：5.0±0.1V
加熱電壓：4.25±0.05V
加熱器負載電阻：15Ω
加熱器功耗：212±20mW
儲能電池系統熱失控安全監測傳感器解決方案
在鋰離電池熱失控早期，由于電池溫度、放電電壓、放電電流等特征識別參數的變化非常緩慢，通過現代 BMS 無法及早地監測到電池故障，而此時電池內部電化學反應會產生大量的氣體物質，因此，利用氣體檢測傳感器來實現鋰離子電池熱失控早期預警是最有效的辦法。
從餅圖中可看出，電池在熱失控過程中產生這些主要氣體的組分構成非常類似，如圖所示 氣體成分主要為二氧化碳(CO2)、氫氣(H2)、一氧化碳(CO)，其余小部分氣體主要為小分子烴類物質(CH4、C2H4等)。
我們可以從動力鋰電池熱失控時產生的大量氣體入手，鋰離子電池熱失控的時候，電池內部會有大量的一氧化碳釋放出來。所以我們可以通過檢測一氧化碳的濃度來判斷電池熱失控。在這里工采網給大家推薦一款紐扣式一氧化碳傳感器（CO傳感器）TGS5141：
TGS5141-P00
紐扣式一氧化碳傳感器TGS5141，該傳感器具有靈敏度高、可靠性好、壽命長等優點，非常適用于電池熱失控檢測。
CO傳感器TGS5141是可電池驅動的電化學式傳感器，使用一個特殊的電極取代了儲水器，由于去除了TGS5042中使用的儲水器，TGS5141與TGS5042相比，其外形尺寸縮減到只有后者的10％大小。非常適用于高集成電子產品，對CO的靈敏度高、將CO濃度線性輸出，設計方便，自帶出廠預標定靈敏度系數，方便用戶使用與性能追溯，壽命長達10年以上。
展開 刀片電池系統的拆解2 電池管理系統設計
圖4 比亞迪刀片電池系統的BMS
在之前PHEV的系統版本中，比亞迪做過一個CMU+轉接系統+BMU的三層結構，這個胡搖扇兄弟做過一個基礎的分析，我直接引用過來。
圖5 比亞迪在PHEV上的轉接（來源：胡搖扇）
這個主控芯片采用了相似的MC9S12XET256，包含低邊驅動來控制繼電器，以及模擬部分采樣來采樣傳感器。這個比較簡單，就不多說了。
小結：拆解五菱Mini EV和漢EV的電池管理系統，給我的直觀感受是一樣的：在電池管理系統的設計方面，越往后面走，逐漸在把原來的設計一步一步地省略，這種做法好像正在放棄對車載系統設計的全面性的考慮。如果按照我之前積累的工程思維理念，反正這兩款車我是有點做不下去了。
展開 考慮系統體積和冷卻性能的風冷電池熱管理系統策略
鋰離子電池作為電動汽車（EV）的核心部件，廣泛應用于混合動力汽車（HEV）、插電式混合動力汽車（PHEV）和純電動汽車（BEV）。動力電池的性能很大程度上決定了整車的性能。電池的能量密度越高，電動汽車的續航能力就越好。高能量密度電池在充電和放電過程中會產生高熱量，如果熱量長時間聚集在一起，不僅會損害電池的使用壽命，還會增加熱失控的風險，嚴重時甚至會引起爆炸，危及人身安全。設計良好的電池熱管理系統（BTMS）可以有效散熱，提高車輛性能，保證車輛和駕駛員的安全。因此，電池熱管理系統具有重要的研究價值和理論意義。當前的研究主要集中在結構設計上，以降低系統的最高溫度為主要目的。然而，冷卻系統的體積對于電動汽車設計也很重要，卻很少受到關注。
02
成果掠影
近期，新疆大學盧浩老師團隊提出了一種新的電池熱管理系統優化策略，該策略綜合考慮系統體積和冷卻性能，可以根據實際應用確定合適的熱管理策略。所提出的方法分為四個步驟：優化系統設計、建立計算代碼、多目標優化和綜合模擬決策。基于計算流體力學（CFD）的數值模擬用于驗證優化后系統的冷卻性能。與當前三種電池熱管理系統設計相比，體積最多減少了13.01%。穩定發熱過程中，最大溫差分別降低了65.79%、40.65%和63.69%，溫度均勻度分別提高了65.87%、34.93%和60.80%。電池組非穩態發熱情況下，5C放電倍率的時候，最大溫差下降2.28 K，最大溫差和溫度均勻性分別下降57.11%和49.15%。
展開 基于鋰電池冷空氣通道的相變材料被動電池熱管理系統的熱性能增強
在替代傳統車輛內燃機的現有選擇中，電力驅動的動力總成，包括電動機和機電電池似乎是最有前途的。
電池熱管理系統分為有源 TMS、無源 TMS 和混合 TMS。被動熱管理系統，如熱管或受益于相變材料 (PCM) 的系統，可以在不消耗任何能量的情況下控制電池溫度。然而，它們的冷卻能力有限，這意味著它們的可靠性不能滿足汽車傳熱工程師的要求。另一方面，利用主動式 TMS 可以達到更大的冷卻能力，但要達到這一目的，需要消耗大量能量。此外，創建均勻的溫度分布被認為是對這些 TMS 的大膽挑戰。在混合動力電池熱管理系統中，結合了主動和被動TMS的優點，并試圖盡可能地由另一方的角色來彌補缺點，然而，當前對這種電池熱管理系統的研究很少。
02
成果掠影
近期，伊朗科技大學汽車工程學院G.R. Molaeimanesh團隊研究出一種混合動力電池熱管理系統（BTMS），基于相變材料的主動熱管理系統（TMS）和被動TMS的組合(PCM) 將電池溫度保持在合適的范圍內，同時與被動 TMS 相比具有更好的冷卻效果，并且使用比主動 TMS 更少的能量。在整個研究中，該團隊對具有三種不同冷卻管道結構和三種不同冷氣流壓力差的九個案例進行了模擬和研究。結果表明，即使在最壞的情況下，溫度的升高也是安全的、可接受的，并且對于熱管理考慮來說足夠平穩。電池的最高溫度從未超過 314 K，顯示出所提出的混合 BTMS 的完美能力。此外，人們可以注意到入口空氣越強大流或通過 PCM 體積的冷卻管道越長，電池表面溫度越低。此外，在所有模擬情況下，電池模塊內電池的最大溫差不超過 1.6 °C，證明了所提出的混合 BTMS 在電池組內創造均勻溫度分布方面的出色能力。
展開 一文帶你了解汽車動力電池熱管理系統的類型、管理方案以及發展趨勢（內含視頻教程）
這也就是電池熱管理系統存在的意義。
下方三張圖片是不同的電池熱管理系統展示圖例
電池熱管理風冷系統
電池熱管理液冷系統
電池熱管理直冷系統
電動汽車目前在汽車市場上非常常見，該行業正在迅速發展，現在高性能的動力電池系統成為推動電動汽車產業發展的重要因素。但是伴隨著能量密度提高和放電深度增加，電池熱管理問題逐漸凸顯。良好的熱管理方案能夠提高電池的壽命，保障電池性能，延長電動汽車的行駛里程。
動力電池熱管理方案概述
內置熱源型
內置熱源型熱管理方案是通過在電池內部集成加熱器或冷卻器，直接對電池進行加熱或冷卻。該方案能夠實現精確控制，但對電池結構改動較大，且成本較高。
外置熱源型
外置熱源型熱管理方案通過在電池箱外部設置加熱器或冷卻器，采用空氣或液體進行熱交換，再對電池進行加熱或冷卻。該方案具有成本低、安裝方便等優點，但可能會影響電池的穩定性。
自然對流式
自然對流式熱管理方案利用電池箱內的空氣自然對流進行散熱。該方案成本較低，但對環境要求較高，且可能會影響電池性能。
強制對流式
強制對流式熱管理方案通過設置風扇等設備，強制電池箱內的空氣進行對流，提高散熱效率。該方案適用于對散熱要求較高的場合，但需要考慮風扇等設備的能耗和噪音問題。
熱泵系統
熱泵系統是一種利用制冷劑在封閉系統中循環流動，實現能量轉移的高效熱管理方案。該方案具有較高的能效比，但對系統密封性和制冷劑選擇要求較高。
動力電池熱管理發展趨勢
動力電池熱管理技術的發展趨勢是向著更高效率、?更安全、?更環保的方向發展。?
隨著新能源汽車市場的快速增長，?用戶對新能源汽車的續航、?快充、?安全、?壽命等維度的要求不斷提升，?這對動力電池的性能提出了更高的要求。?
展開 電動汽車動力電池均衡方法研究 附電動汽車動力電池管理系統設計譚曉軍下載
根據圖中所展示結構，E1、E2、……、En都是存在與同一個動力電池中的組合電池。均衡裝置的關鍵是位于正中間的DC-DC轉換器，該轉化器是由總體控制裝置、效應管道Q以及高壓變頻儀T組成，根據集中均衡的方式進行轉化器運作，轉化器有一個總輸入接口以及n個輸出接口。
一般來說，進行電動汽車的外部儲電的外界電源有三種，即充電裝置、能源電池以及驅動監控裝置。當外界電源通過接口向動力電池進行電源輸入時，Us會增加；當動力電池運行并持續向外作出電源供應時，Us會減少。由于該裝置的內部電源輸出接口有n個，因此動力電池內部存在n個電池，當外接電源向電池進行電源輸入時，就會產生兩組輸入電流i，當i電流經過所有組合電池時，就可以進行均衡判定。當組合電池的電壓相互均衡，即Us/n，得出輸出電源不需要進行電源輸入；當組合電池的電壓不均衡時，就必須進行電流輸入，知道動力電池的電壓達到均衡狀況，就可以實現均衡控制。
2.2分散均衡方法
分散均衡就是將動力電池內部的n個電池的均衡電路設置在n-1個均衡裝置中，其分散均衡框架流程如圖2所示，圖中的分散均衡裝置實質上是一個具備復合傳動的轉化器，根據組合電池E1與E2之間使用1號均衡裝置，就能實現E1與E2相互均衡；在組合電池E2與E3之間使用2號均衡裝置，能夠同時實現E1與E3、E2與E3均衡的效果。由此得出，使用兩個均衡裝置能夠實現三個組合電池的相互均衡，得出使用n-1個均衡裝置就能實現n個組合電池的均衡。當前采用分散均衡電路主要有兩種，一是非分隔式均衡裝置；二是分隔式均衡裝置。
展開 圖解新能源｜電驅動系統&功率電子和電池管理系統月度回顧
這里對8月份的電驅動系統、功率電子和電池管理系統的市場，做一個系統性的回顧。
●乘用車電機累計搭載量為47.9萬套，同比增長98.6%。新能源乘用車三合一及多合一電驅動系統搭載量為28.8萬套，同比增長136.1%，占到總配套量的60.1%，碳化硅的產品開始逐步上量。
●乘用車BMS裝機量439,454套，同比增長105.77%，整車企業通過代工BMS的方式越明顯，在拿回原來整包輸出給電池企業的方式業務，云端BMS管理開始變為各個車企的標準產品。
●OBC市場裝機量為436,210套，同比增長104.25%。這個產品價值量相對低一些，而且自己做的價值并不明顯，這使得第三方供應商較多，分布較散，車企在選擇戰略供應商進行綁定。
▲圖1.新能源系統部件月度概覽
Part 1
電池管理系統
在下面這張圖2里面，BMS裝機量還是比較清楚的：力高、華霆是和電池企業緊密連接的情況下去推進裝車。再加上Preh和UAES，前10名里沒有零部件企業的位置了。
▲圖2.電池管理系統
由于電池管理系統直接和后續云端數據管理，我們發現除了A00級車輛還是打包以外，從A級車輛的整體設計和制造，開始走入電子代工方式。
▲圖3.電池管理系統的自主開發
在這個領域沒有特別的驚喜。
Part 2
電驅動系統
如之前所述，車企抓住的還是3合一和多合一的制造環節，整個組裝由自己完成；電機切入制造，這兩點的趨勢還是比較明顯的（圖4）。
▲圖4.多合一的情況
電機是比較容易做的，隨著扁線工藝和油冷設計的普及，下一步主要看基于HEV雙電機方面的增量，這部分增速會比3合1這樣的更快（圖5）。
展開 
電池管理系統（BMS）
概述
電池管理系統（BMS）為一套保護動力電池使用安全的控制系統，時刻監控電池的使用狀態，通過必要措施緩解電池組的不一致性，為新能源車輛的使用安全提供保障。
經緯恒潤作為國內優質的動力系統供應商，在控制系統開發方面擁有雄厚的實力和豐富的經驗，可以為客戶在電池管理系統開發方面提供優質的工程和配套服務。
BMS 基本功能
電流采集
單體電壓采集
總電壓采集
溫度采集
絕緣電阻檢測
高壓互鎖檢測
整車通訊
附件控制
電池狀態估算
高壓上下電控制
熱管理
均衡控制
充電管理
電池故障分析及在線報警
功能安全
BMS RoadMap
BMS產品布局如下圖所示，涵蓋12V-800V的電池包類型，并兼顧乘用車及商業車使用環境。
BMS 核心算法
基于Kalman濾波的閉環SOC估計策略，提高SOC估計精度
基于模型的容量、內阻在線辨識，監控電池老化狀態（SOH）
考慮工況變化的剩余能量（SOE）估計，保障整車續駛里程估計精度
多狀態聯合估計策略，保障全生命周期狀態估計精度
內短路早期識別，避免演化成熱失控，保障電池使用安全
基于電量一致的均衡策略，充分發揮電池包可用容量
展開 奧迪電池管理系統解析
圖2 奧迪BDU的設計
根據這里的數據，我們能看到以下信息：
預充電阻為15歐；
一共配置了5個直流接觸器，一對快充接觸器和一對主正主負和PCC的預充接觸器；
熔絲的配置，是快充Fuse和快充基礎一起進行匹配；前驅和后驅分別和MCP和MCN主正和主負進行匹配，這樣可以在快充和驅動短路的時候有針對性的設計熔斷時間；
考慮到充電器和其他小熔絲熔斷的可能性比較高，單獨做了個BJB 的Fuse Box；
圖3 奧迪BDU的結構圖的情況
二、電池管理系統的構成
圖4 奧迪的電池管理系統總體功能構成
在這里有好幾塊板子：
電池管理（由Marquardt和Dr?xlmaier提供）：我習慣叫BMU，奧迪的叫法是BMC，放在電池包外。
根據拆解信息來看，主芯片MCU為SPC5746，電源芯片為SBC MCZ33905（含一路CAN和一路LIN），兩路外CAN收發器為TJA1051。2路高邊輸出的芯片為ST VN5E160S。BMU里面還保留了一個TI的MSP430G223
采樣管理：我習慣叫CMU，功能如下，1托3并且使用CAN總線，這個習慣一直延續到MEB的設計中。
展開 讀者投稿｜純電動汽車動力電池管理系統五部曲之二：單體電池建模研究
第一篇 動力電池試驗研究
第二篇 單體電池建模研究
純電動汽車的主要能量來源為動力電池系統，其性能直接影響整車的經濟性、動力性和可靠性。電動汽車與傳統燃油汽車最大的區別是用動力電池作為動力驅動，而作為銜接電池組、整車系統和電機的重要紐帶，電池管理系統(BMS)的重要性不言而喻。完善的 BMS能夠有效提高電池的利用率，防止電池出現過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監控電池組及各電池單芯的運行狀態，有效預防電池組自燃，實現突發事件預警，為保障安全贏得時間。
筆者在梳理電池管理系統開發過程中的關鍵技術，為動力電池管理系統設計，測試生產提供理論基礎。計劃分為5個篇章來整理電池管理系統的開發中關鍵技術，今天首先聊一下第二篇章單體電池建模研究及模型參數。
圖1 電池管理系統開發過程中的關鍵技術
單體電池模型用以模擬電池動力學特性動態電池模型，是設計高效可靠的電池管理系統（Battery Management System）的基礎。鑒于等效電路模型簡單的結構，良好的動態響應特性，以及狀態空間方程易于求取的優點，因此非常廣泛的應用于純電動汽車電池管理系統的研究領域中。
不同單體電池模型對比
建立單體電池等效電路模型，將模型與電池辨識參數進行配比，同時利用辨識工具完成參數識別，分析電池端電壓在不同工況下的動態響應，并逐步改進電池等效電路模型，提高電池精度，為后期電池狀態估計（SOC,SOP,SOE,SOH）提供基礎。
展開 當無線電池管理系統上車以后
前段時間知乎拆車實驗室對通用開發的LYRIQ的電池系統做了一次系統性的測試和拆解，小飛哥專門做了無線電池管理系統的部分，是很有意思的。在這段我們看完以后，我們探討下CTP時代，無線電池管理系統是否有延展的空間。
▲圖1.無線電池管理系統和菊花鏈的差異
我個人的看法是：
●CTP時代，不管是方殼還是刀片，采樣線進行簡化，電池采集的CMU在側端級聯以后，剩下的通信和電源線很少了，價值并沒有那么高。
通用的BEV平臺做800V的200kWh以上的電池，組網需要很多的CMU，實際的效果等實際拆解來測試，這種接近200個Channel的設計，可能可以玩得起來。
●短期內電池管理系統的方向，可以是圍繞動力域控制器的集成，去做無線意義并沒有那么大，需要結合云端去用IT化考慮，這時候整個車端的BMS獨立性意義并不大。
Part 1
吃螃蟹的通用
通用汽車在BEV3電池系統上的創新能力，主要體現在全球首先導入的wBMS無線電池管理系統，這一層級在原有的VICM不變的基礎上，多了BRFM和BDSB和CMU，這里分了好幾個單元。
▲圖2.通用的電池管理系統
按照BEV3的模組設計，無線電池管理系統砍掉了電池包內90%的線束，降低了電池包的重量，提升了能量密度，降低了系統復雜度。這套wBMS系統，則在每個模組監控器內部和BMS控制器內部嵌入了射頻芯片，以此組建了一個名為SmartMesh的無線網絡，將各個模組監控器和BMS控制器進行連接與數據傳輸。
展開 