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動力鋰電池BMS主動均衡技術分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年11月06日  

因為電動汽車提供動力的鋰電池具有能效比高,循環壽命長等特點,一致性不好也是其固有的不足,如何彌補這一劣勢?業界最為推崇的是主動均衡技術。科列BMS主動均衡技術已經獲得國家發明專利,并實現了大規模銷售。

成功開發并批量銷售了帶主動均衡技術的BMS產品

在電動汽車的實際運行過程中,電池管理系統(BMS)起著至關重要的作用。BMS要實現單體電池間的均衡,實時監測動力電池組的整體工作狀態,并準確估測動力電池組的荷電狀態(SOC,即電池剩余電量),防止電池發生過充和過放,從而確保電池組可靠、高效地運行。

深圳市科列技術有限公司市場總監仝瑞軍在接受本刊采訪時表示,目前市場上的BMS產品多數是被動開發,即先滿足動力鋰電池廠家基本電壓采集需求,接著是保護需求,再就是均衡需求

他指出:“BMS廠家現在應該從被動需求轉到主動探索這個階段上來,要站在車廠、充電站和電池廠這個高度上來規劃產品,并逐漸引導和建立行業標準,使BMS的競爭從無序變成有序,BMS技術還需要很大的突破,包括主動均衡、SOC準確度等。”

據介紹,科列公司已經成功開發并批量銷售了帶主動均衡技術的BMS。“我們公司開發的BMS均衡電流可達5A,在轉換效率方面也逐步提高到90%以上,能有效彌補各電池之間的差異。針對電池使用的分散、移動等特點,開發了無線數據傳輸后臺;并在整個BMS系統內部外部采用CAN總線傳輸;針對我們的產品做了大量的EMC設計和測試。可以自豪的說,這幾點我們已經走在了行業的前列。”仝瑞軍說:“BMS是個系統工程產品,需要和多方配合,包括策略的制定尤為重要,這需要豐富的現場經驗和強大的開發能力,我們具備這個優勢。”

已經服務于公交系統效果良好

2011年8月12日至23日于深圳舉行的第26屆世界大學生夏季運動會,深圳市政府共投入2011輛新能源汽車,其中新能源公交車1649輛(混合動力公交大巴1350輛、混合動力雙層大巴20輛、純電動公交大巴253輛、純電動中巴26輛),純電動出租車300輛。其中,逾70%的混合動力大巴使用了科列技術公司生產的BMS。

“能服務于世界最大的電動車運行城市——深圳,我們深感榮幸。這要得力于我們和電池廠的緊密合作。”仝瑞軍指出,電池和管理系統是一個整體,是不可分割的一部分。科列技術公司很重視電池廠根據自己的電池的特點以及運行經驗反饋的需求,也很重視和車廠的溝通。“我們的產品是電池廠、車廠和充電站運行商之間的一個橋梁,雖然BMS設備金額很小,但起到了至關重要的紐帶作用。我們都有一個共同的目標——服務好大運。”他告訴本刊,科列技術公司與其合作伙伴針對此前運行中遇到的問題反復溝通協調,做到最好的策略控制,才使得深圳大運會新能源車輛順利的批量投運。

據介紹,除深圳之外,作為大小金龍車廠的所在地,廈門市也在大力推廣電動汽車。科列技術公司已經配合當地電池廠批量服務于廈門公交,效果良好。

消除安全隱患:產品質量是根本標準與合理使用是手段

2011年在全球范圍內發生了多起電動汽車自燃事件,使得原本飽受爭議的電動汽車因“安全問題”而被推到風口浪尖。

電動汽車安全方面的隱患主要集中在三個方面,分別是高能量動力電池有燃燒的隱患;電動汽車有高電壓、大電流的回路,如果人體接觸會造成傷害;電磁波輻射。

仝瑞軍表示,電動汽車運行中發生的起火、燃燒等安全性問題,雖然在新生事物發展之初都會出現的,但是也給我們一種警示——“一定要把產品做好才能推向市場”。

他指出,由于鋰電池的并聯特性不好,所以電池制造商在生產時盡量把電壓做高,但電壓高了會就產生安全問題。電動汽車的特點是移動、裸露、運行環境差等,這就要求一定安裝高壓安全檢測裝置,在發生漏電跡象的情況下報警。科列技術公司的高壓模塊集成了在電力和UPS高壓直流蓄電池的運行經驗,具有安全可靠的高壓預警功能。

“關于電磁輻射的問題,對鋰電池是個誤區,鋰電池基本不存在輻射,輻射主要來源于驅動和電機系統。”

據了解,鋰電池本身無輻射。電池放電反應改變原子內部結構,只是化學反應,也不產生輻射。電池在使用時,電流產生的電磁波會有微弱的輻射,不過其對人體產生的影響還需要進一步證實。

仝瑞軍解釋說,驅動和電機系統產生的輻射,通過車體結構設計和設備供應商的努力,已經不存在安全問題了。他強調說,為了真正做到電動車的安全、合理使用,建立一系列的規范和標準是非常有必要的。

主動均衡技術有效延長動力電池壽命,并降低使用成本

調查顯示,消費者對電動汽車動力電池的壽命和成本較為關注。據介紹,科列BMS自誕生之初就非常關注電池的壽命和成本問題。

如何保護好鋰電池?這包括過充過放過溫等保護,只有保護好了才能正確使用鋰電池。鋰電池的優勢是能效比高,循環壽命長等,但一致性不好也是其固有的不足,如何補償鋰電池這一劣勢,業界內最為推崇的是主動均衡技術。“這二種都是保證動力電池壽命的重要之選,科列公司不但做到了,而且主動均衡技術在業界首家實現了大規模銷售,也獲得國家發明專利。”

仝瑞軍表示,在不增加銷售價格的同時,科列的產品提供比同行更多的功能,這實際上也是降低了用戶的采購成本。目前動力鋰電池一個比較大的成本是維護成本,科列開發了鋰電池管理系統的無線后臺監控系統,可以實時的檢測到鋰電池的運行狀況,顯著緩解電池廠家的售后服務難度,并使售后服務更精準,成本更低。

寒冷天氣中鋰電池低溫啟動技術是運行的關鍵

如何保證在低溫天氣中正常運行,也是目前推廣電動汽車需要解決的問題。據了解,我國東北地區由于冬季時間較長,氣溫較低,有些城市冬季的氣溫甚至在-20℃以下,這給電動汽車的推廣帶來一定程度上的阻礙。

以長春為例,長春市雖然是新能源汽車試點城市之一,市場上卻不見電動汽車的蹤影。據了解,由于氣候寒冷以及配套設施不足,長春純電動公交以及乘用車暫時為零,目前上路的新能源汽車均為混合動力車型,并且是氣電混合車型,以燃氣為主。

仝瑞軍告訴本刊,要解決電動汽車在低溫環境中運行,需要從兩個方面著手:一是低溫鋰電池的研究開發,國外一些廠家如法國的SAFT,英國的AGM,鋰電池可以在-40°C到60°C的溫度范圍工作;另一方面是封裝(PACK)時做一些加熱裝置,針對這個問題,科列的BMS提供了專門的加熱控制接口,可以根據溫度控制電池箱是否需要加熱,也可以根據電池特性自動調整電池的保護點,以適應低溫工作。一旦電池工作起來,溫度自然上升。“其實就是解決鋰電池低溫啟動問題。”

國內電動汽車行業仍處于組裝階段創新能力和核心技術是競爭制勝之源

有觀點認為鋰電池并不是最佳的電動汽車動力之選,氫燃料電池成為探索的重點,未來電動汽車的動力技術將呈現何種趨勢?仝瑞軍認為,電池技術是一直進步的,目前各種材料的電池都在嘗試,但是我們要找到一種能商業化的電池。能夠帶動產業的發展,國家經濟的發展。至少目前看來鋰電池是一種比較好的方案。“不管使用哪種電池,企業一定要有創新性,要掌握核心技術。”

整車廠涉足動力電池是必然趨勢。當燃油車變成電動車時,無論成本還是核心技術都變成了鋰電池、驅動器和整車控制系統等,如果整車廠不做動力電池,也無法推動電動汽車的發展。即使不自己做也會通過并購、控股等方式參與到這場盛宴中來。

仝瑞軍認為,我國新能源電動車的整體水平還有待提高,基本上還是處于組裝階段,創新能力不足,目前電動車的發展主要還是跟著國家政策走,市場化還需要很長時間。“國家大力扶持是正確的,引導國內廠商盡快走向國際水平。這就需要整車及其配套廠盡快形成自己的核心技術,否則國外廠家進入后,又變成了一個代工廠。可喜的是國內的一些鋰電池、管理系統、驅動器、電機廠等已經具備了與國際產品的競爭能力。但這需要一個行業有序的引導,形成合力,才能占領市場。燃油車我們落后了世界,真誠希望在電動汽車方面我們走在世界前列!”

產品種類會逐步擴展堅持“CLEAR”宗旨不變

仝瑞軍表示,科列雖然是一家年輕的公司,但在產品開發方面比較成熟,公司主要人員均有國內國際大公司工作背景,有著優秀的產品設計、開發和銷售經驗,所設計的產品在市場上保有量都在幾萬套以上。據了解,科列公司目前主要產品為鋰電池管理系統,隨著市場的開拓將圍繞鋰電池各個環節,提供一些鋰電相關的產品(包括充電機等)。

“將來公司還會擴展到其它領域,但我們產品的宗旨始終是這五個字母‘CLEAR’,可以解釋為:清潔Clean,致力于潔凈能源的開發和利用;低碳Lowcarbon,有利于促進低碳經濟發展;高效Efficient,開發高效的電力電子變換器;實用Applied,更加易于維護;可靠Reliable,冗余化設計,更加可靠。”

據介紹,科列公司很重視知識產權建設。成立不到2年的時間,已申請了包括發明專利“主動均衡技術”在內的6個專利,“科列均衡控制軟件”在內的8個軟件著作權登記。并順利獲得深圳市雙軟企業,接下來正在申請國家高新技術企業。也和西安交通大學等建立了良好的校企合作關系。

“我們公司伴隨著國內新能源鋰電行業進步而發展,實實在在做些力所能及的產品,為中國的新能源事業添磚加瓦。”

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