無線電池管理系統(tǒng)的案例
當(dāng)無線電池管理系統(tǒng)上車以后
前段時(shí)間知乎拆車實(shí)驗(yàn)室對(duì)通用開發(fā)的LYRIQ的電池系統(tǒng)做了一次系統(tǒng)性的測試和拆解，小飛哥專門做了無線電池管理系統(tǒng)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(shí)代，無線電池管理系統(tǒng)是否有延展的空間。
▲圖1.無線電池管理系統(tǒng)和菊花鏈的差異
我個(gè)人的看法是：
●CTP時(shí)代，不管是方殼還是刀片，采樣線進(jìn)行簡化，電池采集的CMU在側(cè)端級(jí)聯(lián)以后，剩下的通信和電源線很少了，價(jià)值并沒有那么高。
通用的BEV平臺(tái)做800V的200kWh以上的電池，組網(wǎng)需要很多的CMU，實(shí)際的效果等實(shí)際拆解來測試，這種接近200個(gè)Channel的設(shè)計(jì)，可能可以玩得起來。
●短期內(nèi)電池管理系統(tǒng)的方向，可以是圍繞動(dòng)力域控制器的集成，去做無線意義并沒有那么大，需要結(jié)合云端去用IT化考慮，這時(shí)候整個(gè)車端的BMS獨(dú)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(tǒng)上的創(chuàng)新能力，主要體現(xiàn)在全球首先導(dǎo)入的wBMS無線電池管理系統(tǒng)，這一層級(jí)在原有的VICM不變的基礎(chǔ)上，多了BRFM和BDSB和CMU，這里分了好幾個(gè)單元。
▲圖2.通用的電池管理系統(tǒng)
按照BEV3的模組設(shè)計(jì)，無線電池管理系統(tǒng)砍掉了電池包內(nèi)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(tǒng)復(fù)雜度。這套wBMS系統(tǒng)，則在每個(gè)模組監(jiān)控器內(nèi)部和BMS控制器內(nèi)部嵌入了射頻芯片，以此組建了一個(gè)名為SmartMesh的無線網(wǎng)絡(luò)，將各個(gè)模組監(jiān)控器和BMS控制器進(jìn)行連接與數(shù)據(jù)傳輸。
展開 刀片電池系統(tǒng)的拆解2 電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)
圖4 比亞迪刀片電池系統(tǒng)的BMS
在之前PHEV的系統(tǒng)版本中，比亞迪做過一個(gè)CMU+轉(zhuǎn)接系統(tǒng)+BMU的三層結(jié)構(gòu)，這個(gè)胡搖扇兄弟做過一個(gè)基礎(chǔ)的分析，我直接引用過來。
圖5 比亞迪在PHEV上的轉(zhuǎn)接（來源：胡搖扇）
這個(gè)主控芯片采用了相似的MC9S12XET256，包含低邊驅(qū)動(dòng)來控制繼電器，以及模擬部分采樣來采樣傳感器。這個(gè)比較簡單，就不多說了。
小結(jié)：拆解五菱Mini EV和漢EV的電池管理系統(tǒng)，給我的直觀感受是一樣的：在電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方面，越往后面走，逐漸在把原來的設(shè)計(jì)一步一步地省略，這種做法好像正在放棄對(duì)車載系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)做不下去了。
展開 考慮系統(tǒng)體積和冷卻性能的風(fēng)冷電池熱管理系統(tǒng)策略
鋰離子電池作為電動(dòng)汽車（EV）的核心部件，廣泛應(yīng)用于混合動(dòng)力汽車（HEV）、插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）和純電動(dòng)汽車（BEV）。動(dòng)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(dòng)汽車的續(xù)航能力就越好。高能量密度電池在充電和放電過程中會(huì)產(chǎn)生高熱量，如果熱量長時(shí)間聚集在一起，不僅會(huì)損害電池的使用壽命，還會(huì)增加熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鸨?，危及人身安全。設(shè)計(jì)良好的電池熱管理系統(tǒng)（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(tǒng)具有重要的研究價(jià)值和理論意義。當(dāng)前的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，以降低系統(tǒng)的最高溫度為主要目的。然而，冷卻系統(tǒng)的體積對(duì)于電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)也很重要，卻很少受到關(guān)注。
02
成果掠影
近期，新疆大學(xué)盧浩老師團(tuán)隊(duì)提出了一種新的電池熱管理系統(tǒng)優(yōu)化策略，該策略綜合考慮系統(tǒng)體積和冷卻性能，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用確定合適的熱管理策略。所提出的方法分為四個(gè)步驟：優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、建立計(jì)算代碼、多目標(biāo)優(yōu)化和綜合模擬決策。基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）的數(shù)值模擬用于驗(yàn)證優(yōu)化后系統(tǒng)的冷卻性能。與當(dāng)前三種電池熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，體積最多減少了13.01%。穩(wěn)定發(fā)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(wěn)態(tài)發(fā)熱情況下，5C放電倍率的時(shí)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(dòng)電池熱管理系統(tǒng)的熱性能增強(qiáng)
在替代傳統(tǒng)車輛內(nèi)燃機(jī)的現(xiàn)有選擇中，電力驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力總成，包括電動(dòng)機(jī)和機(jī)電電池似乎是最有前途的。
電池熱管理系統(tǒng)分為有源 TMS、無源 TMS 和混合 TMS。被動(dòng)熱管理系統(tǒng)，如熱管或受益于相變材料 (PCM) 的系統(tǒng)，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(dòng)式 TMS 可以達(dá)到更大的冷卻能力，但要達(dá)到這一目的，需要消耗大量能量。此外，創(chuàng)建均勻的溫度分布被認(rèn)為是對(duì)這些 TMS 的大膽挑戰(zhàn)。在混合動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)中，結(jié)合了主動(dòng)和被動(dòng)TMS的優(yōu)點(diǎn)，并試圖盡可能地由另一方的角色來彌補(bǔ)缺點(diǎn)，然而，當(dāng)前對(duì)這種電池熱管理系統(tǒng)的研究很少。
02
成果掠影
近期，伊朗科技大學(xué)汽車工程學(xué)院G.R. Molaeimanesh團(tuán)隊(duì)研究出一種混合動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)（BTMS），基于相變材料的主動(dòng)熱管理系統(tǒng)（TMS）和被動(dòng)TMS的組合(PCM) 將電池溫度保持在合適的范圍內(nèi)，同時(shí)與被動(dòng) TMS 相比具有更好的冷卻效果，并且使用比主動(dòng) TMS 更少的能量。在整個(gè)研究中，該團(tuán)隊(duì)對(duì)具有三種不同冷卻管道結(jié)構(gòu)和三種不同冷氣流壓力差的九個(gè)案例進(jìn)行了模擬和研究。結(jié)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(duì)于熱管理考慮來說足夠平穩(wěn)。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(qiáng)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(nèi)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(nèi)創(chuàng)造均勻溫度分布方面的出色能力。
展開 
電動(dòng)汽車動(dòng)力電池均衡方法研究 附電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)譚曉軍下載
根據(jù)當(dāng)前我國對(duì)于均衡裝置的電流評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)來看，組合電池的電流應(yīng)當(dāng)是動(dòng)力電池的0.05倍或者0.1倍，在此區(qū)間內(nèi)是比較合適的。
3.2均衡結(jié)果
組合電池的內(nèi)部差異會(huì)影響電動(dòng)汽車的運(yùn)行效率與安全性，因此為了減少電池荷電狀況的異常，采用均衡裝置將組合電池進(jìn)行連接，改善電池的性能，增長電池的使用周期。例如對(duì)28組12Ah、336V的鎳氫組合電池進(jìn)行電源輸出，經(jīng)過測量和得出電壓差異值低于0.05V。此外，將該組合電池的電壓降低到電池荷電狀況的10%，將此范圍內(nèi)的所有組合電池進(jìn)行對(duì)比，就可以得出組合電池的均衡前后電壓差異指數(shù)為50mA，說明均衡效果顯著。再者，組合電池的均衡前電壓小于均衡后的電壓，并且動(dòng)力電池的容量上升49Ahs，同比增加16%。得出如果上述組合電池不進(jìn)行均衡處理，就會(huì)導(dǎo)致電池差異性越發(fā)嚴(yán)重，使得動(dòng)力電池的輸出功率大大降低。
4結(jié)語
本文就當(dāng)前電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的均衡中存在的問題進(jìn)行闡述，并使用上述均衡方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，將12Ah、336V的鎳氫組合電池采用集中均衡與分散均衡的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)結(jié)果所得的電壓差異都小于0.05V，符合均衡檢測的標(biāo)準(zhǔn)。從另一方面說明采用均衡方式解決組合電池之間額不平衡差異是十分有效的。但是如果在進(jìn)行解決的過程中，由于組合電池的數(shù)目較大，導(dǎo)致動(dòng)力電池的內(nèi)部差異過大，此時(shí)應(yīng)當(dāng)將組合電池的規(guī)格、體積、質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一，加設(shè)檢測節(jié)點(diǎn)，及時(shí)尋找出其中存在問題的組合電池，能夠在一定程度彌補(bǔ)均衡方式的不足之處。
下載地址：電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)譚曉軍
展開 一文帶你了解汽車動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)的類型、管理方案以及發(fā)展趨勢（內(nèi)含視頻教程）
這也就是電池熱管理系統(tǒng)存在的意義。
下方三張圖片是不同的電池熱管理系統(tǒng)展示圖例
電池熱管理風(fēng)冷系統(tǒng)
電池熱管理液冷系統(tǒng)
電池熱管理直冷系統(tǒng)
電動(dòng)汽車目前在汽車市場上非常常見，該行業(yè)正在迅速發(fā)展，現(xiàn)在高性能的動(dòng)力電池系統(tǒng)成為推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)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(dòng)汽車的行駛里程。
動(dòng)力電池熱管理方案概述
內(nèi)置熱源型
內(nèi)置熱源型熱管理方案是通過在電池內(nèi)部集成加熱器或冷卻器，直接對(duì)電池進(jìn)行加熱或冷卻。該方案能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，但對(duì)電池結(jié)構(gòu)改動(dòng)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(shè)置加熱器或冷卻器，采用空氣或液體進(jìn)行熱交換，再對(duì)電池進(jìn)行加熱或冷卻。該方案具有成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但可能會(huì)影響電池的穩(wěn)定性。
自然對(duì)流式
自然對(duì)流式熱管理方案利用電池箱內(nèi)的空氣自然對(duì)流進(jìn)行散熱。該方案成本較低，但對(duì)環(huán)境要求較高，且可能會(huì)影響電池性能。
強(qiáng)制對(duì)流式
強(qiáng)制對(duì)流式熱管理方案通過設(shè)置風(fēng)扇等設(shè)備，強(qiáng)制電池箱內(nèi)的空氣進(jìn)行對(duì)流，提高散熱效率。該方案適用于對(duì)散熱要求較高的場合，但需要考慮風(fēng)扇等設(shè)備的能耗和噪音問題。
熱泵系統(tǒng)
熱泵系統(tǒng)是一種利用制冷劑在封閉系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移的高效熱管理方案。該方案具有較高的能效比，但對(duì)系統(tǒng)密封性和制冷劑選擇要求較高。
動(dòng)力電池熱管理發(fā)展趨勢
動(dòng)力電池熱管理技術(shù)的發(fā)展趨勢是向著更高效率、?更安全、?更環(huán)保的方向發(fā)展。?
隨著新能源汽車市場的快速增長，?用戶對(duì)新能源汽車的續(xù)航、?快充、?安全、?壽命等維度的要求不斷提升，?這對(duì)動(dòng)力電池的性能提出了更高的要求。?
展開 圖解新能源｜電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)&功率電子和電池管理系統(tǒng)月度回顧
這里對(duì)8月份的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、功率電子和電池管理系統(tǒng)的市場，做一個(gè)系統(tǒng)性的回顧。
●乘用車電機(jī)累計(jì)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(qū)動(dòng)系統(tǒng)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(chǎn)品開始逐步上量。
●乘用車BMS裝機(jī)量439,454套，同比增長105.77%，整車企業(yè)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(yè)的方式業(yè)務(wù)，云端BMS管理開始變?yōu)楦鱾€(gè)車企的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。
●OBC市場裝機(jī)量為436,210套，同比增長104.25%。這個(gè)產(chǎn)品價(jià)值量相對(duì)低一些，而且自己做的價(jià)值并不明顯，這使得第三方供應(yīng)商較多，分布較散，車企在選擇戰(zhàn)略供應(yīng)商進(jìn)行綁定。
▲圖1.新能源系統(tǒng)部件月度概覽
Part 1
電池管理系統(tǒng)
在下面這張圖2里面，BMS裝機(jī)量還是比較清楚的：力高、華霆是和電池企業(yè)緊密連接的情況下去推進(jìn)裝車。再加上Preh和UAES，前10名里沒有零部件企業(yè)的位置了。
▲圖2.電池管理系統(tǒng)
由于電池管理系統(tǒng)直接和后續(xù)云端數(shù)據(jù)管理，我們發(fā)現(xiàn)除了A00級(jí)車輛還是打包以外，從A級(jí)車輛的整體設(shè)計(jì)和制造，開始走入電子代工方式。
▲圖3.電池管理系統(tǒng)的自主開發(fā)
在這個(gè)領(lǐng)域沒有特別的驚喜。
Part 2
電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
如之前所述，車企抓住的還是3合一和多合一的制造環(huán)節(jié)，整個(gè)組裝由自己完成；電機(jī)切入制造，這兩點(diǎn)的趨勢還是比較明顯的（圖4）。
▲圖4.多合一的情況
電機(jī)是比較容易做的，隨著扁線工藝和油冷設(shè)計(jì)的普及，下一步主要看基于HEV雙電機(jī)方面的增量，這部分增速會(huì)比3合1這樣的更快（圖5）。
展開 奧迪電池管理系統(tǒng)解析
圖2 奧迪BDU的設(shè)計(jì)
根據(jù)這里的數(shù)據(jù)，我們能看到以下信息：
預(yù)充電阻為15歐；
一共配置了5個(gè)直流接觸器，一對(duì)快充接觸器和一對(duì)主正主負(fù)和PCC的預(yù)充接觸器；
熔絲的配置，是快充Fuse和快充基礎(chǔ)一起進(jìn)行匹配；前驅(qū)和后驅(qū)分別和MCP和MCN主正和主負(fù)進(jìn)行匹配，這樣可以在快充和驅(qū)動(dòng)短路的時(shí)候有針對(duì)性的設(shè)計(jì)熔斷時(shí)間；
考慮到充電器和其他小熔絲熔斷的可能性比較高，單獨(dú)做了個(gè)BJB 的Fuse Box；
圖3 奧迪BDU的結(jié)構(gòu)圖的情況
二、電池管理系統(tǒng)的構(gòu)成
圖4 奧迪的電池管理系統(tǒng)總體功能構(gòu)成
在這里有好幾塊板子：
電池管理（由Marquardt和Dr?xlmaier提供）：我習(xí)慣叫BMU，奧迪的叫法是BMC，放在電池包外。
根據(jù)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(fā)器為TJA1051。2路高邊輸出的芯片為ST VN5E160S。BMU里面還保留了一個(gè)TI的MSP430G223
采樣管理：我習(xí)慣叫CMU，功能如下，1托3并且使用CAN總線，這個(gè)習(xí)慣一直延續(xù)到MEB的設(shè)計(jì)中。
展開 電池管理系統(tǒng)（BMS）
概述
電池管理系統(tǒng)（BMS）為一套保護(hù)動(dòng)力電池使用安全的控制系統(tǒng)，時(shí)刻監(jiān)控電池的使用狀態(tài)，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(jīng)緯恒潤作為國內(nèi)優(yōu)質(zhì)的動(dòng)力系統(tǒng)供應(yīng)商，在控制系統(tǒng)開發(fā)方面擁有雄厚的實(shí)力和豐富的經(jīng)驗(yàn)，可以為客戶在電池管理系統(tǒng)開發(fā)方面提供優(yōu)質(zhì)的工程和配套服務(wù)。
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(tài)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(bào)警
功能安全
BMS RoadMap
BMS產(chǎn)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(yè)車使用環(huán)境。
BMS 核心算法
基于Kalman濾波的閉環(huán)SOC估計(jì)策略，提高SOC估計(jì)精度
基于模型的容量、內(nèi)阻在線辨識(shí)，監(jiān)控電池老化狀態(tài)（SOH）
考慮工況變化的剩余能量（SOE）估計(jì)，保障整車?yán)m(xù)駛里程估計(jì)精度
多狀態(tài)聯(lián)合估計(jì)策略，保障全生命周期狀態(tài)估計(jì)精度
內(nèi)短路早期識(shí)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(fā)揮電池包可用容量
展開 讀者投稿｜純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池管理系統(tǒng)五部曲之二：單體電池建模研究
第一篇 動(dòng)力電池試驗(yàn)研究
第二篇 單體電池建模研究
純電動(dòng)汽車的主要能量來源為動(dòng)力電池系統(tǒng)，其性能直接影響整車的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和可靠性。電動(dòng)汽車與傳統(tǒng)燃油汽車最大的區(qū)別是用動(dòng)力電池作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，而作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機(jī)的重要紐帶，電池管理系統(tǒng)(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(xiàn)過充電和過放電，并且延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池組及各電池單芯的運(yùn)行狀態(tài)，有效預(yù)防電池組自燃，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件預(yù)警，為保障安全贏得時(shí)間。
筆者在梳理電池管理系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，為動(dòng)力電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，測試生產(chǎn)提供理論基礎(chǔ)。計(jì)劃分為5個(gè)篇章來整理電池管理系統(tǒng)的開發(fā)中關(guān)鍵技術(shù)，今天首先聊一下第二篇章單體電池建模研究及模型參數(shù)。
圖1 電池管理系統(tǒng)開發(fā)過程中的關(guān)鍵技術(shù)
單體電池模型用以模擬電池動(dòng)力學(xué)特性動(dòng)態(tài)電池模型，是設(shè)計(jì)高效可靠的電池管理系統(tǒng)（Battery Management System）的基礎(chǔ)。鑒于等效電路模型簡單的結(jié)構(gòu)，良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，以及狀態(tài)空間方程易于求取的優(yōu)點(diǎn)，因此非常廣泛的應(yīng)用于純電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的研究領(lǐng)域中。
不同單體電池模型對(duì)比
建立單體電池等效電路模型，將模型與電池辨識(shí)參數(shù)進(jìn)行配比，同時(shí)利用辨識(shí)工具完成參數(shù)識(shí)別，分析電池端電壓在不同工況下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并逐步改進(jìn)電池等效電路模型，提高電池精度，為后期電池狀態(tài)估計(jì)（SOC,SOP,SOE,SOH）提供基礎(chǔ)。
展開 動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)性能試驗(yàn)方法
1 范圍
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)性能的試驗(yàn)方法。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于乘用車用動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)，商用車用動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)可以參考。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 2900.41-2008 電工術(shù)語 原電池和蓄電池
GB/T 19596-2017 電動(dòng)汽車術(shù)語（ISO 8713:2002,NEQ）
GB/T 31467.2電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng) 第2部分：高能量應(yīng)用測試規(guī)程
QC/T 468-2010 汽車散熱器
GB/T 18386-2017 電動(dòng)汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法
GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限制及測量方法（中國第六階段）
3 術(shù)語和定義
GB/T 2900.41-2008、GB/T 19596-2017中界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1 動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng) battery thermal management system
綜合運(yùn)用各種技術(shù)手段，具備動(dòng)力電池冷卻、加熱、保溫和均溫等功能，保證動(dòng)力電池在不同環(huán)境下正常工作的系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)可以在動(dòng)力電池發(fā)生熱失控時(shí)提供報(bào)警信號(hào)，具備安全防護(hù)功能。通常，動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)包括主動(dòng)式熱管理系統(tǒng)和被動(dòng)式熱管理系統(tǒng)兩種。
3.2 被動(dòng)式熱管理系統(tǒng) passive thermal management systems
基于熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流等熱量傳輸原理，只依靠冷卻或加熱流體因?yàn)闇囟纫蛩鼐徛鲃?dòng)自然完成熱量輸入輸出交換的熱管理系統(tǒng)。該類系統(tǒng)通常適用于單體產(chǎn)熱量小于5W的電池。
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高效管理大型電池系統(tǒng)
電氣化的工業(yè)應(yīng)用（包括電動(dòng)汽車和分布式發(fā)電）必然衍生出更多對(duì)電池的需求。這在快速發(fā)展的交通運(yùn)輸領(lǐng)域中尤為明顯，如：電動(dòng)汽車與無人機(jī)。而且在多電飛機(jī)的研發(fā)和能量儲(chǔ)存中，電池的重要性也日益突出。這些電池并非單獨(dú)使用，而是作為復(fù)雜組件使得大型系統(tǒng)能夠處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以確保安全高效地利用能源。電池管理系統(tǒng)(BMS)包括硬件和嵌入式軟件，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測和控制充電電池的狀態(tài)，以便為復(fù)雜應(yīng)用提供可靠的動(dòng)力。ANSYS面向嵌入式軟件和功能分析的解決方案支持BMS研發(fā)，實(shí)現(xiàn)安全、可靠、高效地電池操作。
“隨著越來越多的系統(tǒng)依賴動(dòng)力電池，仿真工具的組合運(yùn)用對(duì)BMS的快速虛擬原型的設(shè)計(jì)具有重要意義?！?據(jù)Statista資料顯示[1]，到2025年，電動(dòng)汽車(EV)在整體汽車市場的占比有望從2017年的1%增長到14%。汽車制造巨頭都爭相研發(fā)電動(dòng)汽車，希望在這個(gè)不斷發(fā)展的市場中獲得領(lǐng)先優(yōu)勢。隨著電氣化進(jìn)程的日益深入，汽車逐步采用大型電池組來為引擎、空調(diào)和供暖以及信息娛樂系統(tǒng)供電，因此電池系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控與維護(hù)成為關(guān)鍵。工程師正在研發(fā)電池管理系統(tǒng)(BMS)，以確保這種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)能夠平穩(wěn)運(yùn)行，進(jìn)而產(chǎn)生更多地對(duì)前沿仿真軟件工具的需求。
BMS主要功能
在電動(dòng)汽車中，BMS是由軟件驅(qū)動(dòng)的高級(jí)控制中心。它負(fù)責(zé)監(jiān)控電池電壓與溫度，并保證正常的運(yùn)行條件；監(jiān)控系統(tǒng)連接狀態(tài)；測量電流；計(jì)算荷電狀態(tài)(SOC)和健康狀態(tài)(SOH)；平衡電池的輸入輸出；以及建立電池與動(dòng)力系統(tǒng)或充電系統(tǒng)之間的連接等。
總之，BMS可以獨(dú)立確保電池驅(qū)動(dòng)的車輛在最佳性能條件下平穩(wěn)、安全地運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)資源的最佳分配利用，而且能夠提前向駕駛員告知潛在的問題。如果遭遇極端情況，BMS可通過物理方式斷開系統(tǒng)中的電池，以防止嚴(yán)重故障發(fā)生可能危及車輛乘員安全。
設(shè)計(jì)如此復(fù)雜的控制中心面臨著艱巨的挑戰(zhàn)。
展開 動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)性能試驗(yàn)方法
本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)性能的試驗(yàn)方法。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于乘用車用動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)，商用車用動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)可以參考。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。
GB/T 2900.41-2008 電工術(shù)語 原電池和蓄電池
GB/T 19596-2017 電動(dòng)汽車術(shù)語（ISO8713:2002,NEQ）
GB/T 31467.2電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng) 第2部分：高能量應(yīng)用測試規(guī)程
QC/T 468-2010 汽車散熱器
GB/T 18386-2017 電動(dòng)汽車 能量消耗率和續(xù)駛里程試驗(yàn)方法
GB 18352.6-2016 輕型汽車污染物排放限制及測量方法（中國第六階段）
3 術(shù)語和定義
GB/T 2900.41-2008、GB/T 19596-2017中界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。
3.1 動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng) battery thermal managementsystem
綜合運(yùn)用各種技術(shù)手段，具備動(dòng)力電池冷卻、加熱、保溫和均溫等功能，保證動(dòng)力電池在不同環(huán)境下正常工作的系統(tǒng)。同時(shí)，該系統(tǒng)可以在動(dòng)力電池發(fā)生熱失控時(shí)提供報(bào)警信號(hào)，具備安全防護(hù)功能。通常，動(dòng)力電池熱管理系統(tǒng)包括主動(dòng)式熱管理系統(tǒng)和被動(dòng)式熱管理系統(tǒng)兩種。
3.2 被動(dòng)式熱管理系統(tǒng) passive thermal management systems
基于熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對(duì)流等熱量傳輸原理，只依靠冷卻或加熱流體因?yàn)闇囟纫蛩鼐徛鲃?dòng)自然完成熱量輸入輸出交換的熱管理系統(tǒng)。該類系統(tǒng)通常適用于單體產(chǎn)熱量小于5W的電池。
展開 新能源汽車電池熱管理系統(tǒng)知識(shí)詳解
電池包（PACK）內(nèi)的溫度環(huán)境對(duì)電芯的可靠性、壽命及性能都有很大的影響，因此，使PACK內(nèi)溫度維持的一定的溫度范圍區(qū)間內(nèi)就顯示尤其重要。這主要是通過冷卻與加熱來實(shí)現(xiàn)，其冷卻方式主要分為三類：
1、 風(fēng)冷：風(fēng)冷是以低溫空氣為介質(zhì)，利用熱的對(duì)流，降低電池溫度的一種散熱方式，分為自然冷卻和強(qiáng)制冷卻(利用風(fēng)機(jī)等)。該技術(shù)利用自然風(fēng)或風(fēng)機(jī)，配合汽車自帶的蒸發(fā)器為電池降溫，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、便于維護(hù)，在早期的電動(dòng)乘用車應(yīng)用廣泛，如日產(chǎn)聆風(fēng)（Nissan?Leaf）、起亞Soul?EV等，在目前的電動(dòng)巴士、電動(dòng)物流車中也被廣泛采納。
2、 液冷：液體冷卻技術(shù)通過液體對(duì)流換熱，將電池產(chǎn)生的熱量帶走，降低電池溫度。液體介質(zhì)的換熱系數(shù)高、熱容量大、冷卻速度快，對(duì)降低最高溫度、提升電池組溫度場一致性的效果顯著，同時(shí)，熱管理系統(tǒng)的體積也相對(duì)較小。液冷系統(tǒng)形式較為靈活:?可將電池單體或模塊沉浸在液體中，也可在電池模塊間設(shè)置冷卻通道，或在電池底部采用冷卻板。電池與液體直接接觸時(shí)，液體必須保證絕緣(?如礦物油)?，避免短路。同時(shí)，對(duì)液冷系統(tǒng)的氣密性要求也較高。此外，就是機(jī)械強(qiáng)度，耐振動(dòng)性，以及壽命要求。?液冷是目前許多電動(dòng)乘用車的優(yōu)選方案，國內(nèi)外的典型產(chǎn)品如寶馬i3、特斯拉、通用沃藍(lán)達(dá)、吉利帝豪EV。
3、 直冷：直冷(制冷劑直接冷卻)：利用制冷劑(R134a等)蒸發(fā)潛熱的原理，在整車或電池系統(tǒng)中建立空調(diào)系統(tǒng)，將空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器安裝在電池系統(tǒng)中，制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)并快速高效地將電池系統(tǒng)的熱量帶走，從完成對(duì)電池系統(tǒng)冷卻的作業(yè)。
展開 用于燃料電池汽車的新型熱管理系統(tǒng)
這些要求增加了燃料電池汽車熱管理設(shè)計(jì)的難度。
02
成果掠影
近期，中國科學(xué)院廣州能源研究所蔣方明團(tuán)隊(duì)提出了一種采用熱峰調(diào)節(jié)器的新型熱管理系統(tǒng)。熱峰調(diào)節(jié)器是一個(gè)充滿相變材料的蓄熱器，分別與燃料電池冷卻劑和空調(diào)進(jìn)行熱交換制冷劑。在熱峰出現(xiàn)時(shí)暫時(shí)接收散熱器無法釋放的多余熱量；稍后，當(dāng)熱峰消失時(shí)，熱量將傳遞給制冷劑以將其從冷凝器中帶走。基于開發(fā)的熱模型的系統(tǒng)仿真表明，這種新型熱管理系統(tǒng)可以消除或有效削弱燃料電池堆的熱失控，這取決于填充熱峰值調(diào)節(jié)器的相變材料的量。在本研究中，在標(biāo)準(zhǔn)化的新歐洲駕駛循環(huán)中，135 秒和 250 秒的熱失控持續(xù)時(shí)間可以分別縮短為 0 秒和 105 秒以及 38 °C 夏季天氣下的全球協(xié)調(diào)輕型測試循環(huán)，后者的最高溫度可從 89 °C 降至 83 °C。這項(xiàng)工作可以為解決燃料電池汽車的熱管理問題做出重大貢獻(xiàn)。研究成果以“A novel thermal management system with a heat-peak regulator for fuel cell vehicles”為題發(fā)表于《Journal of Cleaner Production》。
03
圖文導(dǎo)讀
圖1 一種新型的燃料電池汽車熱峰調(diào)節(jié)器集成熱管理系統(tǒng)。
圖2 “時(shí)變”熱管理方法及HPR功能示意圖。
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