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刘志茹:电池管理系统主动均衡技术及其应用

2017-07-25

   

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    电动汽车存在着SOC不准、低温充电问题、热失控、容量衰减导致里程衰减等诸多问题。对于近期备受关注的热失控问题,高校、科研院所、PACK厂一直在努力寻找方案和方法,并取得了进展。容量衰减问题比较复杂。那么,到底用什么方法来延缓、改善里程衰减问题?

一、如何解决里程衰减问题?

  刘志茹表示,解决容量衰减/里程衰减问题,主要通过提高电池的性能、做大电池系统的余量、提高电池管理系统的要求、采用主动均衡技术等方案和技术。但每种方案都有它的局限性比如,

   (1)提高电池的性能,受电池技术影响,提升需要一定的过程。

   (2)把电池余量增大会增加成本,每增加一度电,都是上千元的成本。

   (3)电池管理系统性能要求这方面,进一步提高SOC精度要求/加强对电池的监控和管理/尽量减少对电池滥用等,也是需要一个过程且效能不显著。

   (4)采用主动均衡技术的BMS,导致增加成本。

    刘志茹表示,尤其是目前各企业都面临巨大的压力和矛盾,一方面面临如政策退坡带来的成本压力,但同时又要满足8年质保的要求。在这种压力和矛盾下,到底是只考虑眼前采购低价格的BMS,还是要保障全生命周期的质量?同时需要注意的是,成本除了初次采购价格之外,8年全生命周期内的技术支持费用都要计算在内,更甚至会涉及到商务违约罚款的问题

二、目前单体不一致性对整车容量的影响。为什么要均衡?

    对于单体一致性不好的电池包充电时,当电压最高的单体达到充电上限时充电就要截止,即使其他单体没有充满;放电时,当最低单体率先达到放电下限时就要截止放电,即使其他单体还有能量没有放出来。会导致电池包的可用容量减少。主动均衡通过把能量从最高单体转移到最低单体,改善单体不一致性带来的容量损失。

    对于目前运营中的新能源汽车,很多电池容量衰减/里程衰减是由于单体不一致性造成的。比如某车电池组的容量衰减为原来的70%,严重影响了车辆运营,经过实际测试分析发现容量衰减并非由电池单体本身的衰减造成,而是因为不一致性造成,经过均衡之后,容量可恢复到90%。

    据国家再生能源试验室(NREL)的容量衰减分析结果:引起容量衰减的诸多因素(如电池本身的差异性、热管理、电化学衰减、使用过程中的不一致性等引起衰减)中,在电池生命周期结束时,运行过程中的不一致性扩大可引起电池容量衰减贡献最大、约为10%。北美的一款电动车为例,电池从车上拆下来进行测试,单体不一致性导致的能量差异高达10%。

    根据再生能源实验室和OEM通过一年半的加速寿命测试验证,采用主动均衡可以延长电池寿命30-40%,且电池包容量可以做小。

    再生能源实验室分析,主动均衡除了对容量衰减有改善之外,还可以减少对单体热管理的控制要求。而经过科列实车运营大数据分析得出相同的结论,没有采用主动均衡的电池包在上线11个月后电池包的温度升高了5度。而采用主动均衡的电池包,运营20个月温度基本无上升。

三、科列主动均衡特点及使用情况

   (1)科列主动均衡有几个特点:

双向:充电、放电。

可均衡单体:从电池系统的第1个单体到最后一个单体。

均衡电流:恒流(非脉冲式)。

均衡电流大小:持续2A-3A,峰值5A。

高可靠性:累计超过30万个模块,累计行驶15万公里。

   (2)主动均衡作用:

其一,因改善单体的一致性,可延缓电池包容量的衰减,延长电池包的寿命。其二,保护电芯,可以避免、改善某一个电芯长期处于过充过放的状态。其三,节省成本。降低电池包容量、降低对热管理的设计要求。而且减少电池包因单体一致性带来的维护成本、甚至是换电池的成本。

    主动均衡技术已为客户解决了运营过程中遇到的快充电池/磷酸铁锂电池等上线后容量短期迅速衰减等问题。

四、科列主动均衡技术应用及大数据平台

    在市场上运行了一年半或者两年的时间的车,大面积出现容量迅速衰减到70%以下、甚至更多。经过分析,这些电池容量是由于单体不一致性导致。这个情况怎么办?通常的几种方案为电池包更换或者经常手动去维护,带来很高的换电或者长期维护的成本。刘志茹表示,采用科列主动均衡BMS,可以直接恢复因不一致性而失去的容量,改善车的续驶里程。举个例子,对于容量剩余70%、单体容量差异30Ah的情况,接上科列主动均衡BMS,经过9个充放电循环,即可将容量恢复到90%以上。同时,可以应用科列的大数据后台实时监控电池单体的情况、电池厂/主机厂可以进行深入数据挖掘分析,指导改善新产品设计。

    科列大数据平台通过科列BMS上的无限传输功能,把所有BMS数据、单体数据传到后台,对这些数据进行存储。除了实时监测、预警、大量应用于技术支持维护外,大数据的深入挖掘和分析工作,在BMS、电池、电池包的设计和新产品的优化方面已经为已该使用平台的客户带来了明显竞争优势。科列大数据后台可以支持30万车同时在线,数据采集丰富、数据采集量大、运行稳定可靠安全。

   总结本次演讲,刘志茹主要从以下几点介绍了主动均衡技术及科列BMS主动均衡+大数据平台。1,电动汽车面临着续航里程衰减的问题;2,主动均衡可以改善单体一致性、延长电池寿命;3,主动均衡降低电池全生命周期的成本;4,主动均衡可以降低对热管理设计的要求;5,科列主动均衡+大数据平台方案,可以解决现有里程衰减车辆的问题。


 

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