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电池管理系统

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电池管理系统

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2017/01/06 14:46
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  电池管理系统的发展严重依赖于电动汽车产业的发展,2015年电动汽车总体保持快速发展的势头,全球销量为54.9万辆。美国电动汽车总销量为11.66万辆,英国纯电动汽车与插电式混合动力车的总量为2.8万辆,德国车企也将更多注意力转向电动汽车,法国雷诺纯电动车也有不错的销量。日本仍以混合动力车为主,三菱欧蓝德、日产聆风和丰田普锐斯分别为销量前三位。2015年我国新能源汽车发展迅猛,产量及销量分别达到34万辆和33万辆,分别对应334%及343%的年增长率。

  电动汽车的快速发展促进了电池管理系统生产规模迅速放大,但BMS产业仍存在可靠性低,集成化程度不高,高标准行业规范欠缺等问题。

 

  1、电池管理系统发展情况

 

  我国电动汽车BMS经过十多年的发展,在电动汽车快速放量的推动下,锂电池系统安全标准将进一步提升。电池管理系统作为提升锂电池安全性的重要途径,将面临更大的挑战,必将会有要求更高、测试更加严苛的行业标准出台。高标准和高门槛将有利于优质企业的出现,对具有技术和生产优势的企业,将会获得更好的发展机遇。

 

  (1)专利申报情况

 

北京国能赢创能源信息技术有限公司

 

  通过专利检索可以发现,2015年电池管理方面的研究主要集中在寿命、充电、均衡和继电器检测等方面。寿命预测方面主要集中在通过电池内阻、容量等性能表征参数实现对电池SOC/SOH的估算;均衡方面主要集中在采用多种均衡策略实现电池在线维护和均衡,关注的重点从均衡电路的实现转为高效均衡控制策略的研究。充电方面主要集中在充电系统设计、充电控制和充电方法研究。继电器故障检测则主要集中在继电器触点的粘连诊断。

 

  (2)国内主要电池管理系统厂家及产品应用情况

 

  随着电动汽车行业的发展,传统BMS企业出现向电池系统制造(PACK)企业转型的趋势,电池企业也纷纷开发BMS,将电池生产和电池PACK结合起来,整车企业也开始直接投资PACK行业。

  国内生产BMS厂商主要包括惠州市亿能电子有限公司、华霆(合肥)动力技术有限公司、深圳市科列技术有限公司、上海妙益电子科技发展有限公司、东莞钜威新能源有限公司、宁波拜特测控技术有限公司、北京海博思创科技有限公司、合肥国轩高科动力能源股份公司、欣旺达电子股份有限公司、均胜电子等。同时整车制造商也在研制自己的BMS,如比亚迪、北汽集团、长安、奇瑞、吉利、众泰、江淮等。还有部分电池厂商开始涉足研制BMS产品,如宁德时代新能源科技股份有限公司CATL、中航锂电(洛阳)、天津力神、万向集团、比克等。

  惠州市亿能电子有限公司。公司致力于电动汽车、储能电站、轨道交通等大型电源管理系统研发、生产和销售,是国内技术领先、市场占有率高的电池管理系统(BMS)供应商。公司与国内外多家知名电芯厂开展合作,是目前国内申请和授权发明专利、实用新型、外观等专利最多的企业,专利覆盖BMS的全产业链。通过TS16949认证并获得国家“高新技术企业”。与江淮、广汽、长安、东风日产、福田、宇通、三星、LG和东芝等客户合作进行BMS及电池系统开发和配套。

  宁德时代新能源科技股份有限公司。CATL的主要客户有宇通,苏州金龙,厦门金龙,厦门金旅,南车时代,上海申沃,南京金龙,吉利,东南等。CATL还与德国、法国等国外OEM厂家开展了积极合作,成为其电池及BMS的供应商。技术上CATL拥有成熟的主动均衡技术方案,通过了三年多的实践,验证了其可靠性和稳定性。该公司建立了一套成熟的实验方法和测试平台,可对EMC、产品老化、热管理等进行测试,保证了BMS产品的高可靠性。

  华霆(合肥)动力技术有限公司。华霆动力核心业务为乘用车动力电池系统(含成组及管理系统),坚持以整包设计,BMS开发设计,产品验证,产品制造工艺,产品制造能力作为公司的核心竞争力,开发了具有完全自主知识产权的制造工艺、工装、制造设备和检测设备。该公司自主研发了高集成度的集中式电池管理系统,在电池系统的热管理、安全设计特别是热失稳扩散的检测和防护等领域具有多项专利技术。公司拥有上下游合作伙伴,如天津力神电池企业和江淮汽车等整车企业。

  深圳市科列技术有限公司。公司专注于纯电动客车、混合动力客车、纯电动乘用车及纯电动特种车等不同领域锂电池所需管理系统的研发和销售。科列技术研发带有“主动均衡、无线传输”核心技术功能的BMS产品,其“高压管理”技术达到1000V的母线漏电监测。BMS产品应用于中通、宇通、苏州金龙、海格纯电动大巴、厦门金旅混合动力大巴多品牌车型。

  上海妙益电子科技发展有限公司。妙益BMS除了基本的单体电压、总电压、总电流SOC基本功能外还能够实现单体温度测量、能量可控均衡、语音报警、数据记录、远程监控、输出控制等功能。BMS电池管理系统凭借原有车身总线系统的设计经验,抗干扰能力强、性能稳定。

 

  2、BMS产业面临的问题

 

  我国电动汽车BMS虽然发展迅速,但在生产模式和产品质量方面与国外同类产品相比还存在很大差距。国内BMS企业大多为电池企业和消费类电子企业,真正汽车零部件企业涉足该领域的相对较少,这些企业对电池和汽车理解程度不够深刻,产品的安全性和可靠性多有不足之处。另外国内BMS生产企业与电池厂和整车厂之间协作少,产品设计理念较初级,大多数企业没有形成很好的技术积累和沉淀,缺乏严格的产品认证体系。目前产业现状如下:

 

  (1)研发投入大

  电池管理系统产品研发需要稳定的科研团队、先进的测试设备和测试平台。好的测试平台需上千万的投入,标准的项目开发开支需要超百万,基于平台的项目开发费用也会达到数十万。

 

  (2)产品集成度不高

  受生产工业水平的限制,产品多为离散电子元器件形式,降低了产品的可靠性。企业所用核心器件对国外依存程度高,尤其是核心芯片,成本控制空间有限。

 

  (3)产品技术研发连续性不强

  按照合理开发流程,单一车型BMS产品的定型需要2年以上持续跟进,需要根据用户实际应用中遇到的问题,持续地升级产品,这需要一个长期积累的过程。但由于国内企业研发人才流动性较大,导致产品技术研发连续性不强。

 

  (4)缺乏强制的产品认证标准

  由于目前国内尚无电池管理系统国标,而现行行标的性能要求又过于基础,造成整个BMS检测评价体系不完善,业内缺乏完善的产品认证体系,国内没有形成统一的产品标准,许多产品未经严格检测就进入市场,造成BMS市场较混乱。

 

  3、BMS发展趋势

 

  BMS的发展已经从最初的监控系统逐渐向管理系统转变,作为电动汽车的核心零部件,BMS产业发展具有以下特点:

 

  (1)功能安全需求提高,大部分功能要满足ASIL-C或ASIL-B等级。

  随着整车的安全性要求逐渐增强,分解到BMS 的功能安全要求也逐渐明确。对于电池的过充、过放、过温、过流等故障的检测和处理需要达到较高的安全等级,同时,BMS应和电池系统的被动安全设计一起进行整体优化,使得热失稳扩散的故障检测、防护达到高安全等级。由于BMS 只能提供主动安全保护,因此在电池系统的安全设计方面,BMS 将会和电池单体性能、电池系统被动安全设计紧密结合,形成定制化的产品,以提高系统的安全性。

 

  (2)硬件及功能与整车控制器整合,形成域控制器网络。

  为了优化整车电子电器架构设计,可以将BMS一部分计算量繁重的工作交给硬件运算能力较强的VCU进行。同时,由于整车在电池出现故障时会结合当时的具体情况作出不同的保护措施,因此对电池系统的保护应该由BMS和VCU协同完成。随着整车厂系统集成能力的进一步加强,BMS作为独立控制器的功能会逐步弱化,软件功能与VCU相互交叉结合,部分功能的代码可能在VCU上实现。

 

  (3)软件架构及AUTOSAR。

  BMS 的硬件可靠性可以通过实验验证来保证,软件可靠性需要通过架构设计以及开发流程来保证。通过AUTOSAR架构的设计,可以用成熟或经过验证的商业代码来提高BMS的软件可靠性;同时标准架构也提供了供应商选择的多样性,降低了开发过程中的风险。

 

  (4)开发流程要结合传统汽车电子的V型开发与互联网的快速迭代开发流程。

  传统汽车电子的V型开发已经证明可以在很大程度上保证产品开发的效果,但由于新能源汽车本身属于新兴产品,开发流程上需要适应技术、市场等方面较快的发展,因此,与快速迭代相结合的V型开发流程将能够满足快速、可靠的要求。

 

  4、产业建议

 

  随着电动汽车产业的迅速发展,BMS作为关键配套零部件必须满足汽车产业发展的需求。未来产业发展的首要目标是产品性能大幅提高,满足电动汽车安全舒适的需求;其次是扩大产业规模,降低生产成本。

  (1)加快动力电池管理关键技术研究。核心器件尤其是核心芯片的研发制造、可靠性与冗余技术、电池状态的估算、电池组优化控制以及电池安全管理关键技术有待进一步提高。

  (2)主动均衡的安全性、成本及体积一直是制约其全面推广的制约因素。但随着串联电芯数量的增加,电芯的不一致性带来的整车容量受限问题不断凸显,使得售后维护成本大幅上升。这也使得越来越多的厂家将研发方向转向主动均衡方案。

  (3)由车载终端和远程管理平台组成电池数据监控系统。车载终端通过总线实时获取BMS的内部数据和故障状态,采集电池组及发动机等部件的工作电压、电流,结合车载GPS传感器获取定位信息和行驶车速,将这些数据通过无线网络发送到远程管理服务平台。用户通过可以连接到互联网的计算机对车辆的电池运行数据进行监控和预测分析。

  (3)重点关注潜力企业,提高企业产能,实现企业规模化与效益化。拥有自主知识产权的算法和控制策略,形成完备成熟的生产工艺。产品具备管理、诊断和标定、数据存储等逐渐细化的功能。建设电池管理检测体系和技术保障体系,使研发、设计到生产各环节都有严格的检测体系作保障;

  (4)制定高度符合汽车电子要求的电池管理系统国家标准和准入制度。

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