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节能与新能源汽车年鉴

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安全高效的电动汽车用电池管理系统

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安全高效的电动汽车用电池管理系统

作者:
来源:
安徽力高新能源技术有限公司
日期:
2018/01/11 13:58
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、成果介绍及应用领域

 

高效的电动汽车电池管理系统分为BC5B系列与BY5B系列,分别是分体式电池管理系统和一体式电池管理系统,前者适合分布式电池系统,后者适合一体式电池系统,系统具有安全、稳定、高效等特点,已广泛应用在纯电动商用车、纯电动乘用车、混合动力商用车、混合动力乘用车以及专用车、物流车新能源车领域,已累计装车超过10万台,安全、稳定、可靠,获得了市场的广泛好评。

 

包含的关键技术如下:

Ø高精度单体电压电压、温度、电流、总压实时检测;

ØLRC空间状态模型及高安全的均衡及均衡失效防护技术;

Ø高精度SOC算法;

Ø强电多重安全保护技术;

Ø非线性多变量状态估算技术

Ø时变、非均一、多个体混连电池系统建模技术;

Ø基于自学习策略的电池模型;

Ø高效低成本的瞬变传导和辐射干扰抑制技术;

Ø电池管理的故障分级管理与控制大容量数据存储。

 

二、创新点及解决的难点问题

1、高精度实时检测

BMS中,采集到的数据是对电池做出合理有效管理和控制的基础。因此,数据的精度、采样频率和数据过滤就非常重要。鉴于电压、电流、温度的动态变化特征,采样频率通常应不低于1T/S 。锂离子电池的安全性要求高,对电压敏感,所以必须采集每个单体电池的电压,监测到每个电池的温度。力高技术采用软硬件双重滤波方式,并设置可配置的漂移校准值,确保采集数据准确有效。采用改进的D-Filter算法对电池的系统参数采集精度误差均在0.2%以内,该指标在业界处于领先。同时如何解决大量信号的测量精度和信号的共地、隔离、抗干扰等问题,也是力高技术在数据采集系统设计的出色之处。

 

2LRC状态空间优化模型

针对锂电池组状态参数的离散、非凸、非线性的问题,力高技术采用LRC状态空间优化模型,该模型通过状态转移矩阵使种群由一种状态转移至另一状态,并通过优势劣态的自然选择机制或其他策略保留优先的个体状态,从而增大了找到全局最优解的可能性。基于状态空间优化模型,保障了算法的正确性和有效性,降低了对芯片资源的要求,具有更好的全局搜索能力和收敛速度,快速出电池的特性差异,再使用力高独有的均衡电路对电池进行均衡,众所周知,锂电池的均衡是一把双刃剑,即要保证均衡的有效性也要保证均衡的安全性,我司采用的专利均衡技术,有效地解决了均衡失效问题对电池带来的损伤、专利设计在误操作是也能使得电池不会因均衡故障而导致损坏。

 

3Vmin-EKF SOC算法

SOC对于新能源汽车实用性意义重大,是BMS可用性的一个重要指标,而SOC估算是BMS中的重点和难点。由于新能源汽车电池在使用过程中表现的高度非线性,使准确估计SOC具有很大难度。为了更准确估算SOC,公司在研究和实现各种智能算法及新型算法的基础上,通过大量的理论和试验,研究电池内部电化学关系,提出了"Vmin-EKF"算法模型,该算法可以准确估计电池内部状态。在算法中多尺度地考虑了电池内阻、总容量、传感器漂移等多方面因素,其SOC估算精确度已到达95%以上,实现了业界最准确的SOC估算,测试指标在国内名列第一。采用这种算法,仿真结果仅有0.79%的误差,实际使用时,误差在5%以内。

 

4、强电安全多重保护技术

电池自身的安全问题,尤其是锂离子电池在过充电时会着火甚至爆炸,因此电池使用的安全问题是国内外各大汽车公司和科研机构所面临和必须解决的难题,它直接影响新能源汽车是否能够普及应用。BMS在安全方面主要侧重于对电池的保护,以及防止高电压和高电流的泄漏,其所必备的功能有:过电压和过电流控制、过放电控制、防止温度过高、在发生碰撞的情况下关闭电池。这些功能可以与电气控制、热管理系统相结合来完成。力高技术设计的系统专门增加了电池保护电路和电池保护芯片,使得电池组保护延时缩小至10-12秒级,其智能电池模块的电路设计还具有单体电池排线脱落、反接等保护功能。力高技术的BMS系统强弱电完全隔离,在关键控制上做双重冗余设计,具备与驾驶员互动的功能,保障了系统的高安全性,对电池组的充放电保护也更为有效。

 

5、非线性多变量状态估计技术

电动汽车、储能系统都是具有干扰和不确定性的多变量非线性系统,力高技术采用非线性系统自适应模糊控制方法,通过利用均值定理、模糊系统设计方法克服了系统难控的问题。采用该控制方法大大提升了系统的稳定性,提升了系统的自适应调节能力。

 

6、时变、非均一、多个体混连电池系统建模技术

基于非线性、时变、非均一多个体混联电池系统的建模、辨识及控制理论,建立了电池与电池组寿命的多应力评价与预测方法,形成了抑制一致性恶化的控制策略及电池故障诊断理论算法,提升了电池成组的续航能力和电池成组使用寿命,优化了故障诊断方法大大提升了整组电池的可靠性。

 

7、基于自学习策略的电池模型

传统的锂电池模型受电化学机理制约;力高技术采用的是等效电路模型;一般而言,电池模型一旦建立,结构与参数不在变化;但是电池性能受很多因素影响,例如:工作电流,SOC,寿命,自放电等,温度范围变化,充放电电流快速变化等,常规的等效电路不变模型效果不理想,不能很好反映电池内部动态特性。力高结合电池的等效电路初始模型,以及参数具有时便特性,采用动态拟合,参数自学习算法,根据每个充放电周期中的电流,环境温度等的变化,实时校准等效电路模型,逐步逼近电池内部真实的动态特性,使电池的管理策略更有针对性,控制效果最好。

 

8、高效低成本的瞬变传导和辐射干扰抑制技术

结合电池功率变化的特点,力高采用硬件双级滤波与算法滤波结合的技术,使力高BMS在复杂的电池干扰环境下能正常运行,并且不影响其他设备的运行。其CE,CS,RE,RS技术指标达到了CLASS B级别并有6DB的余量。

 

三、国际水平对比分析

安徽力高技术源技术有限公司自主开发的高效电动汽车电池管理系统具有大容量、高效率、长寿命、高安全等特点,同时采用CAN总线方式通信,大幅提高BMS的稳定性和抗干扰,能够稳定运行于大中小型电动汽车,对于强干扰环境有非常强的适应性,使用灵活、安装方便。

 

目前,公司产品已逐步在纯电动商用车领域的应用接近10万台,自2010年以来有近1000个应用案例,总结出了纯电动大巴车应用的诸多特性、特点,并在力高的产品中针对性地增加了很多安全设计、算法、故障管理新的策略与设计,使得我公司的BMS技术水平在商用车领域处于世界先列。

 

对于电动乘用车,目前国内正真含义上的电动乘用车为数不多力高正在进行ISO26262及电动汽车V型开发的体系建设与进一步完善开发流程,已成功导入多个乘用车项目,处于国内领先水平。

 

四、成果应用情况

公司目前配套国内知名的新能源乘用车、商用车,在线运营车辆超过6万辆,分布在全国各地,运行状况良好。截止目前,未发生一起因电池管理系统故障导致的车辆安全故障,力高BMS以其高可靠性、稳定性,超高的性价比,以及行业内最好的技术服务,逐步获得了客户的认可和好评,越来越多的客户选择力高的BMS

 

五、成果的产能建设情况

目前自20168月起升级产线,届时在合肥明珠产业园,厂房面积6000平米,主要进行产品的模块生产、线束生产检验、系统集成等,将引入更先进的设备,更先进的管理方法,产线预计20174月完成,围绕着ISO/TS 16949进行优化与提高,届时将可实现年产20万台套BMS以上的现代化厂房,也欢迎广大行业的朋友参观指导。

 

六、社会及经济效益分析

公司自2010年成立以来,无论是销量还是市场占有率一直稳居行业前列,自2014年新能源汽车规模化量产以来,力高2016年实现销售收入2.5亿元,装车达到33000台,运行数量超过25000台,为国家节能减排的政策执行提供了助力,为我国新能源汽车产业链发展提供了动力。

力高以其对BMS产品的专业与专注,对BMS的研究深入与透彻,对客户的服务细致与贴心,并秉承着为客户创造价值的基本原则,力高将一如既往,勇往直前为新能源汽车的发展贡献自己的一份力量,提供更加优质的产品和服务。

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