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新能源汽車的關(guān)鍵技術(shù):BMS的現(xiàn)狀與未來

發(fā)布時間:2022-06-01瀏覽次數(shù):261
  隨著新能源概念的普及推廣,新能源汽車也逐步走入了千家萬戶,新能源汽車作為尋常百姓的新購車選擇已經(jīng)開始侵占著原本屬于傳統(tǒng)燃油汽車的市場,作為目前新能源汽車的市場,中國的企業(yè)依靠著新能源汽車首次與國外企業(yè)站在同一起跑線,不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)新工藝,讓中國的新能源汽車行業(yè)有了更充足的底氣去放眼世界,心系未來。
  提到傳統(tǒng)燃油汽車的關(guān)鍵自然離不開俗稱的“三大件”:發(fā)動機、底盤以及變速箱,在這“三大件”上,中國技術(shù)落后以德日美為首的國外汽車廠商已是共識。而在新能源電動汽車上也有俗稱的“三大件”:
  電池、電機和電控,此外還有與“三電”同等重要的電池管理系統(tǒng)BMS,由于新能源電動汽車在范圍內(nèi)仍是較新的行業(yè),各國企業(yè)的起步相差并不大,這也讓我國企業(yè)在汽車這個1886年發(fā)明至今的多用途動力驅(qū)動工具上擁有了與國外企業(yè)一較高下的條件。本文重點給大家介紹新能源電動汽車里重要的安全管家:電池管理系統(tǒng)(BMS)。
  新能源電動汽車與傳統(tǒng)燃油汽車的區(qū)別是用動力電池作為動力驅(qū)動,而作為銜接電池組、整車系統(tǒng)和電機的重要紐帶,電池管理系統(tǒng)BMS的重要性不言而喻,國內(nèi)外許多新能源車企都將電池管理系統(tǒng)作為企業(yè)的技術(shù)來看待,的例子就是大家耳熟能詳?shù)奶厮估?,特斯拉的電動汽車“三大件”中,電池來自于松下,電機來自于臺灣供應(yīng)商,而只有電池管理系統(tǒng)是特斯拉自主研發(fā)的技術(shù),2008年-2015年期間特斯拉所申請的知識產(chǎn)權(quán)大都與電池管理系統(tǒng)相關(guān),由此可見電池管理系統(tǒng)對于新能源汽車的重要性。而國內(nèi),電池管理系統(tǒng)BMS的技術(shù)研發(fā)主要集中在這三類企業(yè):
  1、 新能源汽車廠商,代表企業(yè):比亞迪
  2、 電池廠商,代表企業(yè):CATL、沃特瑪、普萊德等
  3、 BMS廠商,代表企業(yè):惠州億能、深圳國新動力等
  電池管理系統(tǒng)BMS到底有什么作用?
  電池管理系統(tǒng)BMS是一個本世紀才誕生的新產(chǎn)品,因為電化學(xué)反應(yīng)的難以控制和材料在這個過程中性能變化的難以捉摸,所以才需要這么一個管家來時刻監(jiān)督調(diào)整限制電池組的行為,以保障使用安全,其主要功能為:
  1、 準確估測動力電池組的荷電狀態(tài)
  準確估測動力電池組的荷電狀態(tài) (State of Charge,即SOC),即電池剩余電量,保證SOC維持在合理的范圍內(nèi),防止由于過充電或過放電對電池的損傷,從而隨時預(yù)報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態(tài)。
  2、 動態(tài)監(jiān)測動力電池組的工作狀態(tài)
  在電池充放電過程中,實時采集動力電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓,防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況,挑選出有問題的電池,保持整組電池運行的可靠性和高效性,使剩余電量估計模型的實現(xiàn)成為可能。除此以外,還要建立每塊電池的使用歷史檔案,為進一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機等提供資料,為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。
  3、 單體電池間的均衡
  即為單體電池均衡充電,使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài),現(xiàn)業(yè)內(nèi)普遍有主動均衡和被動均衡兩種方案,各有優(yōu)劣。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
  目前市場上技術(shù)先進的BMS應(yīng)該有什么特點?
  技術(shù)先進、產(chǎn)品穩(wěn)定可靠將是未來BMS產(chǎn)品的特點,那什么樣的產(chǎn)品才是技術(shù)先進、穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品呢?這里以深圳國新動力的BMS性能特點為例,從技術(shù)、功能、品質(zhì)、標準規(guī)范四個維度舉例說明。
  先進的技術(shù):
  1. 企業(yè)掌握電池SOC算法;
  2. 掌握健康狀態(tài)估算,允許瞬時(5s/30s)及持續(xù)充放電功率估算;
  3. 掌握高效的均衡管理技術(shù),先進的散熱機制,可支持200mA的被動均衡電流;
  4. 掌握業(yè)內(nèi)的高精度測量技術(shù),總流總壓精度可達0.5%FSR;
  5. 可選配多功能數(shù)據(jù)記錄儀,支持無線傳輸、大容量存儲、GPS等云平臺功能;
  6. 可選配主動均衡模塊,均衡電流可達5A,單板24串可靈活選配;
  安全的功能:
  1. 電池安全管理:具備可靠的過充/過放保護、過流/過溫/低溫保護、多級故障診斷保護;
  2. 高壓安全管理:具備高壓繼電器粘連檢測、高抗干擾性的高壓互鎖檢測、先進的高壓絕緣監(jiān)測;
  3. 具備電壓溫度采集線斷線診斷功能;
  4. 電池電壓采集模塊具備回路過流、短路保護等安全機制,電路更可靠;
  5. 具備5~36串、5~48串一體機靈活配置,適用于業(yè)內(nèi)各類主流方案;
  穩(wěn)定的品質(zhì):
  1. 所有元器件均采用汽車級元器件選型,-40℃~85℃的高標準工作溫度范圍;
  2. 更寬更可靠的溫度監(jiān)控,監(jiān)控范圍可達-40~125℃;
  符合標準規(guī)范:
  1. 支持充電國標GBT 20234-2015及GBT 27930-2015;
  2. 支持ISO26262國際安全標準中產(chǎn)品功能安全生命周期管理的要求;
  3. 支持CCP標定協(xié)議、UDS、OBD-ii診斷協(xié)議。
  國內(nèi)電池管理系統(tǒng)BMS的困境
  新能源汽車的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的,過去這兩年,隨著新能源汽車的大量推廣使用,我們也聽到了不少關(guān)于新能源汽車的“丑聞”:自燃、虛假續(xù)航里程等,這都是新能源汽車目前急需解決的問題,而為什么會出現(xiàn)這些使用問題呢?沒有使用電池管理系統(tǒng)或使用劣質(zhì)的不成熟的電池管理系統(tǒng)是主因之一。實際上,新能源汽車的安全性問題,一直是政府和汽車產(chǎn)業(yè)的重點工作之一,不久前,科技部、財政部、工信部和發(fā)改委等四部委,已經(jīng)聯(lián)合發(fā)布了新能源汽車示范推廣“安全令”(即《關(guān)于加強節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》),強調(diào)“對投入示范運行的插電式混合動力汽車、純電動汽車要全部安裝車輛運行技術(shù)狀態(tài)實時監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱BMS),特別是要加強對動力電池和燃料電池工作狀態(tài)的監(jiān)控”。
  電動汽車自燃原因多種多樣,并非安裝了電池管理系統(tǒng)就可以高枕無憂的,例如:在安全、精度、壽命、放電能力等方面,單體電池可以充放電2000次,成電池組后可能只有1000次,若搭載不成熟的BMS,無法實時精準地監(jiān)控電池充放電狀況,極易造成電池芯局部功耗過大,產(chǎn)生局部熱量,且信息無法傳遞至駕駛員,極易導(dǎo)致電池自燃發(fā)生。業(yè)內(nèi)人士認為,安裝的電池管理學(xué)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行狀態(tài),有效預(yù)防電池組自燃,如遇緊急情況提前對司機作出突發(fā)事件預(yù)警,為保障安全贏得時間。
  新能源汽車和電池管理系統(tǒng)的未來
  中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21世紀初,迄今發(fā)展不過十數(shù)年,由于人們對于環(huán)保和可再生能源的渴求,新能源汽車才迎來了發(fā)展機遇,之后便一發(fā)不可收拾,在很長的一段未來里,新能源汽車都會作為一個挑戰(zhàn)者去侵占原本屬于傳統(tǒng)燃油汽車的廣大市場,而且由于社會發(fā)展的需要,這種市場份額的侵占,是可以預(yù)期的。
  在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時,我們必須清楚地認識到,技術(shù)的發(fā)展才是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),而穩(wěn)定、高效、安全、可靠的產(chǎn)品就是技術(shù)的體現(xiàn),我們必須要知道,國內(nèi)目前的新能源汽車行業(yè)并不友善,頻發(fā)的電動車自燃事件和虛假續(xù)航里程,都暴露出國內(nèi)目前新能源電池組、電池管理系統(tǒng)的設(shè)計、檢測、生產(chǎn)的標準的不完善。
  目前國內(nèi)的BMS企業(yè)有上百家,而歐美發(fā)達國家卻只有數(shù)家,大型新能源汽車廠商要么選擇自家研發(fā)的電池管理系統(tǒng)要么采用具備國際競爭力的德日美為首的BMS生產(chǎn)企業(yè),其實中國國內(nèi)并不缺乏的BMS生產(chǎn)企業(yè),像文中提及的深圳國新動力便是一家具有競爭力的注重產(chǎn)品品質(zhì)的企業(yè),其BMS系統(tǒng)已實現(xiàn)批量量產(chǎn)導(dǎo)入,配置在陜西通家和眾泰汽車的部分新能源車型里,也可根據(jù)實際需求應(yīng)用于純電動或混合動力的低速車,乘用車、物流車,場地車、公交車、旅游大巴、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域,其穩(wěn)定、高效、安全、可靠的BMS平臺產(chǎn)品備受客戶推崇。
  技術(shù)參數(shù)及標準的缺失,也沒有權(quán)威機構(gòu)對廠家生產(chǎn)的BMS進行權(quán)威檢測,這是目前國內(nèi)BMS市場的困局,導(dǎo)致了BMS產(chǎn)品的良莠不齊,難以大面積推廣。同時,目前國內(nèi)很多汽車廠商及電池PAC企業(yè)對于BMS的重要性認識不足,以為只要各個單體電池芯能鏈接上,就能保證車輛運行,對其安全性心存僥幸,在BMS采購中一味地追求低價格,為求合同的簽訂,某些不良BMS供應(yīng)商只有降低BMS功能指標或干脆閹割部分功能,從而埋下安全隱患,這也是對整個行業(yè)的不負責(zé)任和傷害。只有盡快建立統(tǒng)一的行業(yè)標準,打壓不符合市場要求的生產(chǎn)商,建立健全的檢測體系,電池管理系統(tǒng)和新能源汽車才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來,這也是諸多廠商和消費者的訴求。
標簽: 汽車 新能源
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