探秘两轮车锂电池BMS技术

以下为侯雷博士演讲速记记录：

各位在座的新能源界朋友大家好：

首先感谢这次主办方《连线新能源》给咱们提供了让我们新能源圈子的朋友们欢聚一堂的机会。

    接下来，我先来介绍一下我们诺万电子公司，诺万电子是专门做电池管理系统平台技术、电池大数据技术研发、生产、创新的企业。产品主要应用于新能源汽车、民用工业及电厂储能电源、纯电动二三轮、辅助机器人和军用电源等领域，目前部分产品已出口至欧美等国家。诺万电子总公司设在西安，下设北京诺万电子科技有限公司、苏州新诺万电子科技有限公司、安徽禹诺新能源有限公司。

    诺万电子的产品进入两轮车行业是比较早的，早在2018年初就开始为两轮车共享电池包市场定制开发了智能型保护板，后续逐渐批量，已经有10多万套产品在市场终端上运行使用。

    下面针对本次论坛从四个方面做了一些简单的归纳，由于时间问题资料准备的不够充分，请大家谅解。

  第一方面，当前行业情况。目前两轮车电池主要包括两个方向：第一，铅酸改锂电市场；第二，锂电车市场。在铅酸改锂电这块是采用车上原有的品字形接口，BMS产品是以纯硬件保护板方案为主，很难做到具备通信功能，同时在使用时很容易打火，用时间长了容易造成接插件的损坏。另外，因为不具备通信功能导致控制器无法与电池组通信，车辆无法做到限功率运行等不足。在锂电车方面，BMS的接口大多是具有通信功能的，可用于与控制器和仪表通信。一般来说不仅可以在仪表上显示电流、电压和故障等方面的信息。同时，通过BMS与控制器之间的信息交互，可以做到输出功率的调整、数据交互等，使整车综合性能提高很多，这类车型通常采用的是智能型保护板产品。

     第二方面，介绍一下智能保护板唤醒的技术。两轮车电动车看似简单，但是实际应用场景相对于汽车会更复杂一点，接下来介绍一下几种唤醒方式的原理和应用场景：

    1、开关唤醒。是通过接口上的辅助接口，利用两个节点的开关状态，来让智能型保护板识别电池包是在车上或充电器上和在运输过程中。最明显的优点是，电池包在地面搁置或运输途中可以做到电池组的大线接口不带电，对于电池安全性来说有很大的好处。如果BMS没有识别功能的话，电池组的P正和P负一直带电情况下很容易产生安全隐患。通过最简单的开关唤醒功能，能够轻松解决接口带电的问题，同时也可以解决上电预充的功能，避免电池组插拔过程中因为带电而打火。

   2、负载唤醒。这个应用跟后端负载相关，一般通过P正、P负检测是否后端有负载来判断是否在车上的状态，来对管理系统进行唤醒。这种功能做起来简单，但是实际应用中需要考虑的比较多，不是简单做下负载检测，唤醒之后就可以了，因为没有其他的信号导入，所以作为BMS，可以检测到什么时候被唤醒，但是无法检测到车子的负载移除的信息，要想知道这些方面的信息，就需要有其他的唤醒方式跟这种唤醒方式进行组合，否则单单的负载唤醒功能是没有办法做到低功耗休眠的。

    3、放电唤醒。这是指通过放电电流的唤醒，前边提到的负载唤醒是用来检测有无负载。放电唤醒是指通过检测放电电流的大小来进行唤醒的。一般来说电池是放在车里的，就电摩使用来说，用户虽然一两周没有用，但电池是一直在车上插着的，在这样的状态下，BMS自身的功耗会让电池满电的情况下最多也就坚持40天左右。为了能够延长使用时间，我们会做一些休眠工作，比如说车子多长时间没有使用的话就进入休眠状态，进入休眠状态后又怎么用BMS唤醒呢？这时就可以用电流方式进行唤醒了。

    4、充电唤醒。是通过充电器输出的电压来对BMS进行唤醒的。不过要注意充电唤醒配套的充电器不能是乘用车上那种先要数据交互之后，再输出充电电压的那种。充电唤醒要求充电器的工作方式是先提供充电电压来唤醒BMS，然后再进行数据交互后转入正常的充电流程。这种唤醒功能最大的优点是：电池电量不足导致欠压，无法让BMS自动工作，通过充电唤醒后BMS又可以正常工作了，这种方式针对欠压保护是非常好用的。但是为了更合理的充电，一般我们会建议客户在这个地方做的时候，先让充电器走一个小电流限流的充电，之后再通过与充电器数据交互后转为正常电流充电。

    5、通信唤醒。一般是指通过数据通信对BMS进行唤醒。在我们接触的两轮车电摩项目上，从低成本的485通信，到现在的常见的CAN通信，通过这些通信方式来对电池管理系统即BMS进行唤醒，这种方式也是比较常见的。

     6、振动唤醒。是通过在BMS上增加振动传感器来实现唤醒的方式。一般来说，BMS是很容易做到休眠的。在电摩上为了省电BMS会按照一定策略自动进入休眠模式，但是什么情况下去做唤醒？若采用大电流的唤醒方式，实际上设计下来的成本还是比较高的，技术指标也是比较难的，简单方法也是可以通过振动唤醒来实现的。

   7、开盖唤醒。主要是指封装好的电池包被异常打开时用来记录异常事件来使用的。这项功能通常是在小电池包上会有的。像很早之前的摩拜、OFO单车的电子锁等都是带有这种功能的，主要是为了防止用户对产品的滥用，或者未经允许的情况下把产品盖子打开。开盖唤醒的实现一般是采用光传感器来实现的，平时BMS都是安装在电池包内部，没有光线的，BMS可以通过对光线变化的检测来实现开盖唤醒功能。

     8、远程唤醒。该功能是指用户通过增加远程数据模块来实现对BMS的唤醒功能。通常在两轮车租赁方面用得较多，在租赁过程中，用户没有按时、按期缴纳费用，运营方可以通过远程对电池包进行锁包处理，BMS同时也会进入休眠状态。这种情况下，BMS就可以使用远程唤醒来实现再次使用的目的。另一方面，当电池长时间没有使用，比如被客户放到了角落，这种情况下可以通过远程对BMS进行唤醒来实现寻找电池包并且可以远程监控电池包的状态，把当前的状态传到服务器上，避免长时间搁置造成的电池包资源浪费和电池的过度放电情况发生。 

第三部分，针对两轮车SOC计算。其实这个方面在乘用车上是比较热门的话题，在两轮车方面比乘用车更有难度一些，因为滥用情况是比较复杂的。SOC的计算中一般包含以下几种方法：第一，安时积分法；第二，清零置满校准策略；第三，OCV校准；第四，动态补偿及校准。

下面罗列了两轮车使用中常见的影响SOC计算的因素。

在两轮车应用当中，问题凸显的是因为浅充浅放的使用方式引入的SOC误差。用户大多数使用的过程中是会将电池包充满后使用的。但是，两轮车用户使用的时候经常会出现没电了就去充，充的差不多就骑走了，一般不能把电池包充得很满，尤其是在共享换电的应用中。比如：快递骑手在使用共享换电的电池包时，为了保证运输方便，见到电池柜就会换一个更多容量的电池包，就会造成电池始终处于浅充浅放这种状态，这对两轮车SOC的误差影响是比较大的。

第三，电芯循环寿命。由于两轮车的电芯使用成本比乘用车的低，在两轮车上，一般选用电芯的循环寿命比乘用车的要少。所以，不同厂家根据不同车型和不同的客户使用群体，需要关注电芯的循环使用寿命。

    第四，电芯的不一致性。由于两轮车电池包容量一般不是很大，但是充放电的功率却又不是很小，所以电芯的一致性问题还是比较容易出现的。尤其用到半年一年后就会发现电池单体电压出现较大差异，这种差异会严重影响SOC的估算。

第五，BMS电流电压的采集精度对SOC估算的影响。BMS进行SOC估算是需要取得一些原始电池组数据的，但是在两轮车BMS方面，为了更好的配合客户对BMS低成本的要求，有些时候也要放弃一些精度。但是精度到底要降低多少合适呢？这也需要考虑对SOC的影响程度了。

另一方面，BMS自身的功耗也同样对SOC估算有较大的影响。在汽车领域的BMS应用来说，钥匙在关闭后BMS可以做零功耗，一旦把低压电关了之后BMS就关机没有功耗了。但是在小功率产品里面BMS是不容易做到零功耗的。

BMS的休眠一般分为深度休眠和浅度休眠，进入到深度休眠可以做到20毫安以下，如果按照10毫安的自身功耗电流计算，时间长了同样会发现电池的电量大约在40-50天左右，基本上就把电池包电量耗没了。所以我们在计算SOC的时候需要把BMS自身功耗算进去。

第四方面，对两轮车新基建。两轮车的服务平台就是远程数据监控平台，目前做得较多的是数据收集、采集工作，进一步需要对电芯、对PACK包的SOH估算，可以对用户提前预警，能够避免对电池，还有用户的使用上的不良影响。

实际上，在之前我们接触的项目中发现一个问题，需要根据不同的使用场景对远程数据传输功能提出不同的要求。比如说，乘用车方面，国家后来是统一提出了上传数据到大数据平台统一监管，但对于两轮电摩的应用来说，远程数据传输功能真的有必要吗？我们知道远程数据传输功能是要增加成本的，当前2G卡电信运营商不久后就不再运营了，一个4G模块除了功耗高之外，成本也是比较高的，相对于小容量的电池包成本来说，加装一个远程数据传输模块成本占比是很高的。有些客户增加远程数据传输的目的是为了防止电池包的丢失。但是经过一两年的统计之后发现，即使将丢失的电池包价值直接赔付了还是比在每个电池包上增加远程模块的费用少的。所以在两轮车领域增加远程数据传输功能目前看还是意义不是那么大的。

    谢谢大家！

（转自： 连线新能源 ）