我国是世界上最大的发展中国家,也是汽车保有量、生产量最多的国家,随着我国人民不断富裕,汽车的保有量在很长一段时间内会持续大幅度增长。按照这一趋势,到2025年,我国汽车保有量预计将会超过2亿。新能源的使用会大大减少我国汽车对石油能源的依赖,并且会降低由于汽车尾气带来的环境影响。新能源汽车的动力源以纯电能为主,并且电能在汽车中是消耗能源,必须在使用一段时间后进行充电,因此,对电池的管理就显得非常重要。良好的电池管理系统应该具有较强的充电能力、监控能力和保护电池的能力。
国创(淄博)中心致力于新能源汽车电池的发展,根据当下新能源汽车电池的弊病,研究出电池状态的评估系统,并将这一技术进行转化落地。1、动力电池起火爆炸等安全事故频繁发生,电池故障报警及预警功能有待开发。2、电池起火爆炸威力随动力电池能量密度增加而增加。1、充电速率偏低问题逐渐凸显,快充补电需一小时充满。2、电池续航里程不精准,影像用户体验,造成里程焦虑。3、电池逐年衰减造成性能下降,续驶里程不足,电量跳变等问题,加重用户里程焦虑。1、正负极、隔膜和电解液材料种类繁多,需重复设计扣电,没有统一的数据管理应用平台。
2、动力电池研发通过重复试制电池来验证电池性能,确定配方,开发周期较慢。3、电池设计大部分依靠人员经验,缺乏可量化的设计流程及方法。1、无有效的车辆价值评估体系,车辆不保值,二手车流通性差,打击用户购买积极性。铅酸蓄电池已有100多年的历史,广泛用作内燃机汽车的起动动力源。它也是成熟的电动汽车蓄电池,它可靠性好、原材料易得、价格便宜;比功率也基本上能满足电动汽车的动力性要求。但它有两大缺点;一是比能量低,所占的质量和体积太大,且一次充电行驶里程较短;另一个是使用寿命短,使用成本过高。镍氢蓄电池属于碱性电池,镍氢蓄电池循环使用寿命较长,无记忆效应,但价格较高。它的初期购置成本虽高,但由于其在能量和使用寿命方面的优势,因此其长期的实际使用成本并不高。目前国外生产电动汽车镍氢蓄电池的公司主要是Ovonie、丰田和松下的一个合资公司。Ovonie现有80A·h和130A·h两种单元电池,其比能量达75-80W·h/kg,循环使用寿命超过600次。这种蓄电池装在几种电动汽车上试用,其中一类车一次充电可行驶345km,有一辆车一年中行驶了8万多公里。由于价格较高,目前尚未大批量生产。国内已开发出55A·h和100A·h 单元电池,比能量达65 W·h/kg,功率密度大于800W/kg的镍氢蓄电池。锂离子二次电池作为新型高电压、高能量密度的可充电电池,其独特的物理和电化学性能,具有广泛的民用和国防应用的前景。其突出的特点是:重量轻、储能大、无污染、无记忆效应、使用寿命长。在同体积重量情况下,锂电池的蓄电能力是镍氢电池的1.6倍,是镍镉电池的4倍,并且目前人类只开发利用了其理论电量的20%~30%,开发前景非常光明。同时它是一种真正的绿色环保电池,不会对环境造成污染,是目前最佳的能应用到电动车上的电池。我国从二十世纪九十年代开始开发和利用锂离子电池,至今已取得突破性进展,研制出了完全拥有自主知识产权的锂离子电池。镍镉电池的应用广泛程度仅次于铅酸蓄电池,其比能量可达55W·h/kg,比功率超过190W/kg。可快速充电,循环使用寿命较长,是铅酸蓄电池的两倍多,可达到2000多次,但价格为铅酸蓄电池的4~5倍。它的初期购置成本虽高,但由于其在能量和使用寿命方面的优势,因此其长期的实际使用成本并不高。缺点是有“记忆效应”,容易因为充放电不良而导致电池可用容量减小。须在使用十次左右后,作一次完全充放电,如果已经有了“记忆效应”,应连续作3~5次完全充放电,以释放记忆。另外镉有毒,使用中要注意做好回收工作,以免镉造成环境污染。钠硫电池的优点:一个是比能量高。其理论比能量为760W·h/kg,实际已大于100W·h/kg,是铅酸电池的3~4倍;另一个是可大电流、高功率放电。其放电电流密度一般可达200~300mA/mm2,并瞬时间可放出其3倍的固有能量;再一个是充放电效率高。由于采用固体电解质,所以没有通常采用液体电解质二次电池的那种自放电及副反应,充放电电流效率几乎100%。钠硫电池缺点,主要其工作温度在300~350℃,所以,电池工作时需要一定的加热保温。而高温腐蚀严重,电池寿命较短。现在已有采用高性能的真空绝热保温技术,可有效地解决这一问题。也有性能稳定性及使用安全性不太理想等问题。在80~90年代,国外重点发展钠硫电池作为固定场合下(如电站储能)应用,并越来越显示其优越性。这方面日本企业进展最为显著。作为近期普遍看好的电动汽车蓄电池,已被美国先进电池联合体(USMABC)列为中期发展的电动汽车蓄电池,德国ABB公司生产的B240K型钠硫蓄电池,其质量为17.5kg,蓄电量19.2Kw·h;比能量达109W·h/kg,循环使用寿命1200次,装车试验时最好的一辆无故障地行驶了2300km。国创(淄博)中心利用云+AI+5G+AIoT的融合监控电池管理系统,将视频图像等大容量数据,通过5G的低时延网络与云端实时传输,在云端海量存储和超强算力的帮助下快速处理,再通过人工智能后返回决策结果,实时决策贯穿数据的产生、传输、读写、分析、决策的全流程。
电池管理系统是电池与新能源汽车之间连接的纽带,其中每一个环节都是相互联系的。
电池管理系统对所有涉及的数据进行采集,通过控制系统对数据进行处理来明确该系统目前处于的状态。通俗的讲,BMS的监测状态是其所有功能实现的前提条件,也是其最基础的功能之一。
SOC估算是电池管理系统的核心问题,通过对新能源汽车进行准确的SOC估算,可以明确汽车还能行驶的里程数,给驾驶者提供一定的依据。
3.3 安全管理
安全管理主要指对电池进行安全保护。安全重于一切,是一切的前提保证。
电池组均衡管理,主要针对每一节单体电池的电量均匀分布,不会出现电量不均衡导致影响整体的使用寿命的问题。单体电池的电量出现不统一就会造成电池组出现虚电的状态,电量显示为100%,其实内部的电量可能在85%左右,影响新能源汽车的正常行驶,给驾驶者造成一定的干扰。
在充电的过程当中会产生热量,将热量进行及时排出也是其一项功能。
电池管理系统与新能源汽车的设备之间的信息传递是必备的要素,通过数据线或者串口进行内部的数据交换,从而实现电池管理系统的功能。
国创(淄博)中心围绕新能源汽车先进车用材料方向,通过“一个中心”“两个高地”“三个平台”建设,凝聚与整合全球各类创新资源,以新材料核心技术在新能源汽车领域的创新开发为核心使命,以平台型创新组织形态构建产业创新生态,以需求导向推动科技成果产业化,以市场化机制激发创新创造活力,建立先进车用材料技术与产业创新生态,发挥突破新能源汽车轻量化卡脖子技术的平台优势和技术优势,从而成为引领全球先进车用材料方向的研发、制造、服务的技术、标准、创新、管理的输出高地。