市場(chǎng) 動(dòng)力電池

中國(guó)應(yīng)加強(qiáng)動(dòng)力電池開(kāi)發(fā)并完善交流充電標(biāo)準(zhǔn)

電子工程世界綜合報(bào)道 2012-07-09 09:34

　　在6月26～27日深圳舉行的第三屆(2012)國(guó)際新能源汽車(chē)高峰論壇上，北汽福田汽車(chē)工程研究院副總工程師李峰分析了動(dòng)力電池廠商開(kāi)發(fā)時(shí)存在的普遍問(wèn)題：

　　①對(duì)整車(chē)系統(tǒng)及運(yùn)行工況缺乏了解;②只把動(dòng)力電池作為孤立的零部件開(kāi)發(fā);③很少考慮與整車(chē)系統(tǒng)之間的相互影響，導(dǎo)致了系統(tǒng)層級(jí)的問(wèn)題;④系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)不足，缺乏FEMA分析，ASIL等級(jí)過(guò)低。

　　提高動(dòng)力電池BMS軟件能力

　　對(duì)于市場(chǎng)現(xiàn)有動(dòng)力電池系統(tǒng)存在的問(wèn)題，他認(rèn)為，大部分動(dòng)力電池廠商的BMS軟件能力需要在以下4個(gè)方面提高：

　　1.BMS軟件開(kāi)發(fā)模型采用傳統(tǒng)的C代碼，沒(méi)有采用基于模型開(kāi)發(fā)的V模式。由于大量時(shí)間用于手工編寫(xiě)代碼，在項(xiàng)目時(shí)間有限的情況下，導(dǎo)致算法開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證測(cè)試的時(shí)間被壓縮，可能存在安全隱患。

　　2.軟件開(kāi)發(fā)不是居于模型，無(wú)法建立程序的軟件架構(gòu)，可移植性較差。

　　3.缺乏從單體測(cè)試項(xiàng)制訂、單體測(cè)試、數(shù)據(jù)分析、模型訓(xùn)練、HIL測(cè)試、系統(tǒng)/車(chē)載測(cè)試的流程，因此，會(huì)影響軟件的可靠性。

　　4.動(dòng)力電池是復(fù)雜、高度非線性的控制對(duì)象。溫度、放電電流、使用時(shí)間、單體一致性和SOC等因素都會(huì)對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池的壽命、性能和安全有很大影響。目前，很多動(dòng)力電池廠商只是用一些簡(jiǎn)單的曲線表示電池的技術(shù)特性，這將影響電池的性能及安全。由于這些曲線是單體電池而非電池組的，且缺乏低溫如-20℃、-30℃、-40℃的曲線，所以，整車(chē)廠商不得不重新對(duì)電池組進(jìn)行全面、精確的測(cè)試，所得曲線特性與電池廠商提供的有很大差別。

　　例如，某廠商的電池組，單體壽命大于1800次，但電池組的壽命只有不到500次。這主要是BMS功能設(shè)計(jì)不足造成的。

　　動(dòng)力電池BMS非汽車(chē)級(jí)的硬件設(shè)計(jì)

　　李峰還指出了業(yè)內(nèi)目前存在的動(dòng)力電池BMS非汽車(chē)級(jí)的硬件設(shè)計(jì)問(wèn)題。

　　1. BMS大量采用非汽車(chē)級(jí)元件，即使在整車(chē)正常工作時(shí)，也有可能出現(xiàn)BMS系統(tǒng)部件失效的情況，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題。

　　2.相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量保證不足，生產(chǎn)過(guò)程中只進(jìn)行貼片及簡(jiǎn)單測(cè)試后，就進(jìn)入市場(chǎng)，產(chǎn)品生產(chǎn)可靠性太低，無(wú)法滿足汽車(chē)使用環(huán)境的要求。例如，低溫?zé)o法正常啟動(dòng)，高溫?zé)龤?，?chē)內(nèi)正常的電磁環(huán)境和溫漂過(guò)大等問(wèn)題。

　　3.對(duì)汽車(chē)部件，尤其是電池系統(tǒng)這樣的高安全性產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)能力不足，無(wú)法滿足汽車(chē)產(chǎn)品安全和質(zhì)量要求。例如，MARK設(shè)計(jì)不規(guī)范，較高速生產(chǎn)時(shí)，器件位置會(huì)發(fā)生偏移;焊錫大面積裸露，容易懸掛錫珠，降低產(chǎn)品可靠性，增加短路危險(xiǎn);過(guò)孔裸露在外，在汽車(chē)運(yùn)行震動(dòng)環(huán)境中，會(huì)有錫珠脫落，存在短路風(fēng)險(xiǎn)。

　　另外，對(duì)于電池模塊，由于前期的CAE/CAD分析不夠，目前很多電池的熱設(shè)計(jì)不足;布線不合理，這表現(xiàn)在電池組的不同位置模塊的電位差較大，增加了模塊間的差異。

　　李峰表示，基于上述考慮，福田新能源汽車(chē)所用的動(dòng)力電池模塊具有較強(qiáng)的熱設(shè)計(jì)能力，保證了電池溫度場(chǎng)的梯度分布，確保電池的性能及壽命。還對(duì)動(dòng)力電池模塊線束進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量減小線束對(duì)模塊的差異影響。

　　中國(guó)還沒(méi)有家庭電動(dòng)車(chē)公用充電設(shè)施

　　自2009年以來(lái)，中國(guó)私人電動(dòng)車(chē)數(shù)量?jī)H為幾千輛，即使國(guó)家和地方政府的綜合補(bǔ)貼最高有6萬(wàn)元，仍未能有效吸引用戶(hù)。寶馬集團(tuán)新能源汽車(chē)充電系統(tǒng)項(xiàng)目經(jīng)理Albrecht Pfeiffer認(rèn)為：”這是由于缺少私人充電設(shè)備及對(duì)公共充電設(shè)備的關(guān)注。”

　　對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，Pfeiffer表示，只有家庭用車(chē)才能真正促進(jìn)這一市場(chǎng)的大眾化普及。

　　電動(dòng)汽車(chē)這種創(chuàng)新產(chǎn)品的價(jià)格較高，最先在高端市場(chǎng)推出，然后才會(huì)進(jìn)入大眾市場(chǎng)。高端用戶(hù)需要的是良好的用戶(hù)體驗(yàn)、便利和舒適度。這也意味著，家用電動(dòng)汽車(chē)的充電問(wèn)題在未來(lái)幾年將成為包括中國(guó)在內(nèi)的全球市場(chǎng)的當(dāng)務(wù)之急。必須在居民區(qū)建立面向大眾市場(chǎng)的路邊充電設(shè)施。

　　雖然中國(guó)已有一些充電設(shè)施，但面向私人用戶(hù)的充電樁沒(méi)有并網(wǎng)，處于閑置或關(guān)閉狀態(tài)。還有，中國(guó)的公共充電站沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)費(fèi)系統(tǒng);電動(dòng)車(chē)示范運(yùn)營(yíng)城市的解決方案各自為政，沒(méi)有通用性。

　　目前，在歐美日的充電設(shè)施市場(chǎng)中，居民區(qū)充電占主流，后面依次是工作場(chǎng)所和公共場(chǎng)所。而中國(guó)由于家庭經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和水平與上述國(guó)家有較大區(qū)別，因此很可能會(huì)有不同的優(yōu)先級(jí)。

　　由于可隨時(shí)隨地充電，家庭和工作場(chǎng)所充電的情況占總數(shù)的80%。及時(shí)在供電量最低情況下，用戶(hù)也能在夜間實(shí)現(xiàn)滿充。

　　Pfeiffer建議中國(guó)的綜合充電設(shè)施，有必要按以下優(yōu)先步驟逐步實(shí)現(xiàn)：住宅和別墅的家庭充電(無(wú)需單獨(dú)計(jì)量)，社區(qū)和停車(chē)場(chǎng)的私人充電(需單獨(dú)計(jì)量/計(jì)費(fèi))，購(gòu)物中心和飯店等小型公共場(chǎng)所充電(需單獨(dú)計(jì)量/計(jì)費(fèi)或免費(fèi))，高速路和加油站等公共場(chǎng)所快速充電(需單獨(dú)計(jì)量/計(jì)費(fèi))。

　　政府應(yīng)制定停車(chē)場(chǎng)供電的相關(guān)政策、指導(dǎo)方針和補(bǔ)貼規(guī)定。如香港政府以授權(quán)租地經(jīng)營(yíng)業(yè)主、委員會(huì)和物業(yè)管理的方式，推進(jìn)和鼓勵(lì)其在停車(chē)場(chǎng)、建筑周?chē)惭b充電設(shè)施。同時(shí)，政府還應(yīng)制定統(tǒng)一的充電和計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，確保所有充電設(shè)備都能接上家用電表獨(dú)立使用。

　　目前，德國(guó)和美國(guó)的整車(chē)制造商推薦使用交直流聯(lián)合充電系統(tǒng)(CCS)，理由如圖1所示。中國(guó)和日本現(xiàn)在還沒(méi)有CCS系統(tǒng)。CCS將現(xiàn)有的各種交流連接器整合成一個(gè)系統(tǒng)，形成標(biāo)準(zhǔn)的全球通用的交直流充電界面(見(jiàn)圖2)。且從2017年起，歐洲整車(chē)商將只采用Type2/Combo2充電系統(tǒng)。

　圖1 德國(guó)和美國(guó)的整車(chē)制造商推薦使用交直流聯(lián)合充電系統(tǒng)(CCS)的理由

圖2 聯(lián)合充電連接器的概念

　　另外，對(duì)于中國(guó)的交流充電標(biāo)準(zhǔn)，Pfeiffer指出，其與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相比有11處明顯區(qū)別，其中3處有安全隱患。中國(guó)目前還沒(méi)有對(duì)PWM(脈寬調(diào)制)占空比進(jìn)行定義。已出臺(tái)的GB/T20234.2-2011標(biāo)準(zhǔn)中，刪去了PWM占空比的描述。最新版本的GB/T18487.1標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包含PWM的占空比，而不用包括PWM的描述(見(jiàn)圖3)。不同占空比的共存會(huì)產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)。如果高水平通信沒(méi)有PWM指示點(diǎn)，直流充電和現(xiàn)有Combo就不可能組合在一起。