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浅析我国电池管理系统(BMS)发展现状及未来

放大字体  缩小字体 时间:2018-02-08  
世纪储能网讯:近年来,随着绿色出行,环保节能概念的推广普及,新能源汽车行业获得快速实效的进步,新能源汽车已是新一代更具环保意识消费者的...
近年来,随着绿色出行,环保节能概念的推广普及,新能源汽车行业获得快速实效的进步,新能源汽车已是新一代更具环保意识消费者的重点选择对象。和传统内燃机汽车的发动机、底盘、变速箱、车身这“四大件”关键组成部分不同,新能源电动汽车的“四大件”为:供电电池组、驱动电机及其控制组、整车技术和电池管理系统。电池作为电动汽车的动力源,常用的性能指标有能量密度、比功率、循环使用寿命等;电机驱动及其控制、电动汽车整车技术主要是汽车动力传递系统和整车装配技术新的改进及应用,相比于传统内燃机汽车,电动汽车的动力传输和整车装配更要注重动力调速、车身自重、结构优化、能量回收等技术的改进升级;电池管理技术是专门针对电动汽车使用过程中,不同工况下对蓄电池不同需求特性进行的研发。近两年,无论是国外大名鼎鼎的特斯拉,还是国产电动车都出现了汽车自燃现象,分析起因,事故都归因于电池管理系统的故障。可见,良好的电池管理系统对于电动汽车的安全可靠行驶有着至关重要的作用。

一、电池管理系统(BMS)

电池能量管理系统是汽车动力源能正常使用的保障,是保证电动车行车安全,提高电池使用寿命的一项关键技术,具有保护电池性能,防止整个电池组中个别电池损坏的能力。对电动汽车在充、放电过程中各有关参数进行实时监控,并根据实时采集的数据发出相应的控制指令。BMS作为驾驶员和电池之间的纽带,主要工作对象是二次电池,由于二次电池存在寿命短、能量少、电量估算困难等缺点,BMS要具备提高电池利用率、监控电池状态、延长电池使用寿命的基本功能。通常,BMS要实现以下作用:

1.准确估测电池组的荷电状态准确估算电池组的剩余电量(SOC),也称为荷电状态。确保电池组剩余电量在合理的范围内,避免过充电和过放电对电池组造成的损伤,并对汽车的剩余电量或是充电状态进行正确报告。

2.实时监测电池组工作状态在电池的工作过程中,采集电池组总电压、单个电池端电压、工作电流、电池温度等实时数据,防止过充电或是过放电事故发生,确保电池组的正常运行和可靠使用,同时记录单块电池使用情况,为故障诊断提供可靠数据。

3.单体电池的均衡确保在使用过程中,电池组各个电池都处于一致的工作状态,避免单个电池提前损坏。

二、我国电池管理系统现状

我国对电池管理系统的科学研究不过十几年的时间,应对当前新能源汽车迅猛发展带来的挑战,存在着不容忽视的问题,主要表现在:

1.产品质量低劣

当前,国外纯电动汽车电池管理系统多采用主动式均衡功能设计,主动均衡又称为无损均衡,能量转移时将单体能量高的转移到单体能量低的,或用整体能量补充到单体最低电池,在运行过程中需要储能环节,让能量重新均匀分配。技术含量高,价格成本较高,属于技术发展的趋势。而国内基本采用被动式均衡功能或是不带均衡功能的BMS产品,使用时将其并联在需要进行均衡的电池两端,当电池电压因充电上升到某一设定值时,启动开关管接通放电电阻,将多余电量以热能的形式损耗掉,存在一定的不安全因素,不利于节能和环保,但价格低廉,功能简单。国外新能源春电动汽车特斯拉models、宝马e系,日产聆风等车型均采用主动式的BMS均衡,产品性能优良,同时监测精度也较高。而国内电动车多采用被动式均衡,主要均衡电池电压以及电池剩余电量、电池健康的实时显示,功能简单。在日常生活中,我们也时常听闻关于新能源汽车自燃、虚假续航里程的丑闻,出现这些问题的主要原因就是没有使用电池管理系统或使用劣质的电池管理系统。

2.车企技术研发投入匮乏

在国外车企,电池管理系统作为整车生产的一个汽车零件,从功能定义、产品设计开始由车企研发主导,寻找技术可靠的第三方研发机构进行设计,最后寻找制造公司生产,整个环节由车企、研发机构、生产公司三方共同参与。研发测试生命周期少则1~2年,多则长达数10年,在BMS领域掌握了先进的SOC算法、良好的安全功能、稳定的使用品质。而在国内,车企扮演的仅仅是“买家”身份,电池管理系统多是由电池生产商和第三方电子厂设计生产。电池管理系统从设计到量产,通常都不超过1年的时间。自2009年国家开始大力推广新能源汽车到现今,国内各大车企除了比亚迪在电池领域取得一定的研发成果外,其他车企鲜有电池管理系统的技术攻关。

3.行业混乱,管理滞后

当前,欧美工业发达国家总计只有10多家BMS企业,而国内注册的BMS生产企业已达100多家,整个行业鱼龙混杂。更严重的是整个行业缺少技术参数标准,没有国家统一强制的检测标准,以致BMS产品良莠不齐,中国北方车辆研究动力电池实验室王子东主任曾表示,很多企业的单体、小模块电池测试结果符合安全和性能标准,而一旦成组后,测试结果却差异很大,表现在安全、寿命、放电能力等方面质量难以保证。在国家大力补贴的背景下,难免让人担忧部分厂家的套取补贴的行为。

三、未来之路

伴随着新能源汽车的进一步推广,新能源汽车也将迎来更大的发展契机,在展望新能源汽车快速发展的同时,我们必须清楚地看到当下仍然还面临着很多重大挑战,本文对我国电动汽车电池管理系统现状进行了综述,并对未来发展提出以下倡导。

1.政府部门加大引导,加强监管

加大对BMS生产行业的整合,淘汰技术落后、产能过小的企业,统筹利用中国市场庞大的优势资源,促进车企与电池生产商、第三方研发机构的联系沟通,共享整车控制信号、动力电池技术参数等信息,加快国内电池管理系统企业的发展步伐,加强产业升级。同时,政府方面应尽早全面地建立健全相关产品强制检测项目门类和具体参数标准,打压不符合市场要求的生产商,加强对电池管理系统行业的规范。

2.汽车企业加大研发投入

紧跟国外产品技术发展步伐,不断进行技术创新和产品创新,加大对BMS新产品研发和技术创新的投入,不断开发具有核心竞争力和高性价比的新产品投放市场,以领先的核心技术、良好的品质引领行业发展潮流,为企业的快速发展提供可靠的保障。当前,可喜的是部分国内电池生产商和车企已经开始重视BMS技术投入,BMS的功能需求从简单的Balance(均衡)-Monitor(监视)-States(状态),开始向其Brain(智能)-Multiport(多端)-Synergy(协同)的内在价值发展转变。

相信在国家战略、政策扶持、新理念消费等概念交织的大背景下,未来我国的BMS行业必将走上迅速可持续发展的道路。
 
关键词: 动力电池

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