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BMS技术现状分析(四)

#9: Ford Fusion Hybrid’s BMS

福特采用单一的集中式BMS,满足了Fusion混合动力车的所有电池相关任务,电池中76个串联电芯加起来的总系统电压为275 V

 

#10: Hitachi’s Chevrolet Malibu Eco-BMS

32个串联电芯组合在Malibu Eco电池包,总压为115V,该系统由一个单一的集中式BMS监管。

 

#11: I + ME ACTIA

I + ME ACTIABMS由一个主板和6个从板组成,其拓扑结构显然是一个模块化的主/从架构,旨在用于不同的EV

 

#12: JTT Electronics Ltd. S-line

JTT Electronics为汽车应用提供了两种不同的系统:S系列BMS4个不同的集中式独立模块组成,适用于小型不同的电池规格(S1S2S3S4),电压分别为55110165200伏。

 

#13: JTT Electronics Ltd. X-line

对于较大的车辆,或在一般应用中需要更高的电压水平,JTT提供X系列,该系列结合了一个X-BCU主板和几个X-MCUP从板来实现BMS的所有必要功能。

 

#14: LG Chem’s Chevrolet Volt-BMS

LG化学的模块化BMS由一块主板和四块从板组成,为雪佛兰的Volt电动汽车提供监测。

 

#15: Lian Innovative’s BMS

LianBMS使用模块化架构,包括一个功率控制单元(PCU),一个中央控制器单元(CCU)和电芯板(CB),无论是InnoCab, InnoLess,或InnoTeg。功率控制单元测量电池组电压和电流,并连接/断开电池与负载/充电器的连接,中央控制单元管理所有牵引应用和高达900伏的剩余PMU任务。Innoless内部为无限电芯板,每块板分别连接到一节电芯。InnoCab也做了同样的事情,但是是有线的,而InnoTeg板是一个有线的解决方案,每块板可以测量5节电芯。图6为该BMS的框图。
#16: Lithium Balance’s S-BMS

S-BMS系统由主板-电池管理控制单元-和监控板-本地监控单元组成。S-BMSS-BMS 9-16显示了一个传统的主/从架构,在不同的板上具有MMU+CMUPMU功能。然而,S-BMS能够适用于高达1000V的电动汽车电池包。

 

#17: Lithium Balance’s S-BMS 9-16

相比之下,模块化的S-BMS 9-16只能使用于总压为48 V的电池包。监测由两个本地监控单元和一个电池管理控制单元完成。

 

#18: Manzanita Micro’s Mk3x-line

Manzanita提供三种不同大小的集中式BMS——Mk3锂电池BMS。每个系统的多个板可连用以增加系统的大电池包电压。总之这些BMS可以管理120Mk3x4smt)、240Mk3x8)或254Mk3x12)节串联电芯,适用于任何汽车应用。

 

#19: Mitsubishi iMiEV’s BMS

三菱的BMS采用模块化架构,由一个主板和11个从板组成。每个从板能够监控8个串联电芯,这使得三菱iMiEV的电池包总压为330 V

 

#20: Navitas Solutions’ Wireless BMS(WiBMS)

Navitas提供了一个可适用于所有电动汽车的模块化BMS,包括一个主控和多个从控。该BMS的特点是从控和主控之间通过无线协议(无线局域网)通信,并有可能达到超过1000V的电池包电压。图7中显示了该BMS的框图。

#21: Orion BMS – Extended Size

Orion BMS是一个集中式系统,可以选择连接多个串联板(分布式拓扑结构),从而实现电压高达2000V的更大系统。所有的电力牵引应用都可以使用该BMS进行管理。

 

#22: Orion BMS – Junior

Orion Jr BMS是一个较小的版本,不能形成分布式架构,设计用于包括48 V的轻型移动牵引装置在内的应用。

 

#23: Preh GmbH’s BMW i3-BMS

Preh为宝马i3提供了一个模块化的BMS系统,包括一个主控板和8个从板。每个从板可以监控12个串联电芯,共96个串联电芯,电池包总电压为360V

 

#24: REAP Systems’ BMS

REAP Systems生产集中式的锂电池BMS,能够形成拓扑结构系统并应用于电动汽车,所有单板均可处理14个串联电芯。

 

#25: Sensortechnik Wiedemann’s – STW – mBMS

STWmBMS是一个模块化的三部分系统。它的组成部分包括一个具有PMU功能的电池主监控器(SOC/SOH估计)和一个功率测量板(PMB)(电压/温度/电流控制),它还完成一些PMU任务,例如断开开关、电流监测和几个电芯采集电路(CSC)。该BMS的大适用电压为800 V,能够用于所有电力牵引应用。图8中显示了该BMS的框图。

 

#26: Tesla Motors’ Model S-BMS

另一个典型的模块化、主从架构的例子是特斯拉汽车公司Model SBMS。所有16个从控都能够测量6个串联电芯的电压,从而得到一个400 V的系统,其中96个电芯连续工作。

 

#27: Tritium’s IQ BMS

TritiumIQ BMS也代表了一种典型的主/从架构,其中有一个电池组管理单元(BMU)充当主单元,还有几个电芯管理单元(CMU),它充当从单元。多达256个电池可以串联起来形成一个1000V的电池组。

 

#28: Valence U-BMS

Valence提供了四种不同电池尺寸的集中系统变体:U-BMS-LVU-BMS-LVMU-BMS-HVU-BMS-SHVU-BMS-LVM允许多个单元连接到分布式系统,高可达1000V。其他的用于150VLV)、450 VHV)或450 V HV)的汽车应用。

 

#29: Ventec SAS i-BMS 8-18S

iBMS 8-18sVentec唯壹用于小型电动汽车的BMS。它有一个集中的分布式结构,每个模块处理18个单元,电池包总压包压限制在1000V

 

#30: Altera’s BMS

Altera提供了一个灵活可以由客户配置的基于fpga的控制平台,从而提高了性能和效率。它能够用卡尔曼滤波器估计96个串联电芯的SOCSOH

 

#31: Fraunhofer’s fox BMS

Fraunhoferfox BMS是一个灵活的基于fpgaBMS平台,它通常与foxBMSmasterfoxBMS slave一起工作。但是也有可能不考虑从系统,从而得到一个集中式架构的系统,其中主模块也包含CMUMMU功能。

 

#32: LION Smart’s Li-BMS V4

LION Smart系统的BMS由主控模块LION和多个从控模块LION组成,采用典型的CMU/ MMU组合单元和单独的PMU单元的模块化系统结构。技术上可以连接16个从板,每个从板12个串联电芯,终形成一个电池高达800伏的电动汽车电池包。Li-BMS V4提供了一个基于客户软件调整的开放源代码。

 

硬件拓扑

电池管理系统的一个显著特点是其硬件拓扑结构。如上所述,这包括不同结构和组织板子,这些板子是完成管理系统的所有任务所必需的。首先,各种被检测的制造商及其BMS被划分为模块化和集中化。此外,可以将集中式系统分组为可用于构建分布式拓扑的BMS和不能构建分布式拓扑的BMS(见表2)。

不同结构BMS

接下来,分析了可用BMS列表的其他显著特性。然而,由于缺乏一些BMS的技术细节,并不是所有必要的信息都是可用的,因此不可能得出所有这些特性的结论。

 

拓扑与操作目的

 

现有的BMS系统包括29个不同制造商的32个系统。已经发现,其中10个系统具有集中的拓扑结构,而22个系统具有模块化拓扑结构。此外,这10个集中式BMS系统中的一些可以细分为不同的集中式变体。考虑到不同电压等级集中式BMS的所有变体,在40BMS中总共有18个集中式系统。由于模块化架构不需要显式不同的变体来实现对不同级别电池包电压的控制,因此添加所需的PMUCMU板就足够了。如前所述,集中式系统为特定的需求提供了一种简单且成本有效的解决方案,但可伸缩性有限。

 

分析表明,只有7BMS没有明确打算在纯电动汽车应用;因此它们不能在高压下工作。其中5个具有集中的结构。此外,在分析中考虑的22个模块化BMS中,有20个用于管理纯电动汽车的电池组。18个集中系统中有13个只适用于200伏及以下的应用。

 

尽管其中一些集中式BMS允许互连,从而建立更大的分布式拓扑,但高压应用程序更可能由模块化BMS处理,部分原因是与电压级别低的几个子系统相比,在集中式系统中处理绝缘问题更具挑战性,日产Leaf360 V系统是个例外。然而模块化系统的一个缺点是需要大量的通信和电源电路,因此相对较高的成本。

 

对于具有多个集中板实例的分布式系统,成本开销甚至更高,因为板上不可避免地存在冗余组件。这可能就是为什么这种拓扑结构在本研究中没有得到广泛应用的原因。

 

额外的应用

 

不同的应用对BMS的要求似乎常常相似,因为列表中的许多BMS能够在至少一个额外的操作上下文中工作。在30个批量生产的中试bms中,有25个除了用于汽车之外,还被广告用于其他应用,如固定存储、电源备份或海上交通工具。

 

电芯化学

 

使用具有不同电芯化学性质的BMS的主要限制因素是每个CMU通道可测量的大电芯电压。锂铁磷电池的大电压为3.65伏,是所有锂离子电池化学反应的低电压之一,而广泛分布的镍锰钴电池的大电压为4.2伏。因此,所有锂铁磷电池都可以由任何列出的锂离子BMA管理。在分析的30个试点批次电池管理系统中,有28个可以运行所有常见的锂离子电池化学成分,只有两种系统专门用于锂铁磷酸盐电池。

 

通信接口

 

几乎所有经过考虑的BMS都至少使用一条CAN总线通信线路,只有Manzanita Micro#18)和Navitas Solutions#20)的BMS没有证据表明可以通过CAN总线通信。CAN总线广泛使用的原因可能是在汽车环境中易于与其他控制器接口,这些控制器通常已经使用CAN通信。

 

无线BMS(例如#20)布局可以用无线网络取代模块之间的内部通信,具有潜在的优势,包括减少组装过程中的线束、连接器和布线工作。然而,无线BMS面临的一个挑战是汽车内部和外部实体电磁噪声对无线网络的干扰,可能会产生安全问题。

 

其他功能

 

许多系统提供附加的基于PC的软件来调整BMS设置和参数,这些工具对于试点或小批量系列和开放的研究平台尤其重要。

 

市场区域

 

39BMS改型中,有37种来自西欧、北美、日本或中国的制造商。唯壹值得注意的两个例外是总部位于澳大利亚的Tritium(排名第27)和韩国的LG化学(排名第14)。