电动汽车电池管理系统的设计开发
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1.3.2 我国BMS产业发展现状分析

我国从“十五”863计划开始设立“电动汽车”重大科技专项,开展燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车及其相关技术的开发,“十一五”期间又启动了更大规模的“节能与新能源汽车”重大项目计划,对电动汽车和代用燃料汽车的技术进行攻关和考核示范,“十二五”推出“电动汽车”重大科技产业化工程,强调坚持“三纵三横”战略:三纵是燃料电池汽车、混合动力汽车、纯电动汽车,三横是新能源动力总成控制技术、电机驱动系统和控制单元,动力电池及管理系统,简称电控、电机、电池。

国内针对电动汽车的电池管理系统,处于快速发展阶段。早期主要是一些高校,依托自己的科技优势,联合一些大的汽车生产商和电池供应商共同开展研究,如清华大学、北京理工大学、同济大学、北京航空航天大学等,都取得了丰硕的成果。清华大学为EV-6580轻型电动客车配套的电池管理系统,在行驶过程中可对电池的充放电电流、电压等参数进行实时测量和监控,防止过充电、过放电,提高了电池寿命和效率,同时还开发了与该系统相匹配的充电系统。同济大学和北京星恒电池有限公司开发的锂离子电池管理系统主要功能有:电流、电压及电池温度采集,SOC估计,自动均衡,事故处理与记录等。北京航空航天大学研制的镍氢电池管理系统主要功能有:电流、电压及电池温度采集,SOC估计,运行状态判断和保护功能等。

杭州高特电子设备股份有限公司研制了独特的双向能量转移主动均衡技术,均衡方案不区分箱内均衡和箱间均衡,实现任意两节电池之间都可以直接进行能量转移。均衡电流是±2A,基于电池单体电压、单体SOC、单体SOH及历史数据等的综合均衡判断策略,充分保证了均衡的有效性。经过在电动汽车、储能系统上的充分验证,主动均衡技术改善了成组电池的一致性,减缓了成组电池的衰减,提升了成组电池的安全性,大幅延长了成组电池的使用寿命。

北京理工大学王建群等为纯电动汽车研制的电池管理系统以单片机为核心,采用分布式网络控制系统结构,可以实时检测动力电池的各种运行参数:电池SOC、总电压、总电流、单体电压、电池组内温度;可以根据电池状态进行故障诊断和报警,同时具有热管理功能等;系统参数通过PC进行标定,通过CAN总线与整车其他系统进行通信实现信息共享。系统已经在BK 6121EV纯电动公交客车上安装,可以有效地管理电动车辆有限的能量,实现电动车辆效率最大化,估计电池组的剩余电量及车辆续驶里程、单体电池及成组电池的检测与电池组温度控制、电机及空调等耗能部件的功率分配等内容;并解决了电动车辆运营过程中的故障诊断、高压安全、充电通信接口、延长电池使用寿命、提高电动车可靠性等问题。

北方交通大学姜丽君等研制的电池管理系统为国家863计划电动汽车重大专项子课题的研究成果。系统利用单片机对电池的充电及放电信息进行采集,所采集的信息包括实时的充放电电流、电池温度,单体电压和电池组系统总压等所有信息由单片机的管理软件进行分析及总结以最合理、优化的方式发现故障电池及电池组所需的充放电模式。

目前我国在研究和设计BMS及相关技术方面有了长足的进步,某些技术甚至超过了国外的先进水平。各大高校、整车制造厂、电池制造厂商及第三方BMS公司设计和生产了型号齐全、功能完备的电池管理系统,部分实现了量产。例如,北京交通大学在国家电动汽车运行试验示范区内为北京公交公司、北京121示范线、北京奥运电动大巴设计和研发出了多套高性能的BMS。经过大量的研究和装车试验,BMS已经从单一的监控系统逐渐转向功能齐全的管理系统,但是BMS需要改善和提高的地方还有很多,如进一步提高检测精度,优化通信网络,更为合适的控制策略及高效的故障诊断分析等。同时,对电池组的充放电控制策略、均衡功能、电池组模型的建立、SOC和SOH估算等方面需要做深入研究,不断优化与创新。BMS作为新能源汽车核心部件,从市场来说,目前新能源产业链各环节的主体均有参与布局,总体来看,中国BMS市场参与者主要有3类。

(1)动力电池企业。目前国内第一梯队动力电池企业均涉足,且大多是“BMS+PACK”模式,掌握了动力电池电芯到电池组的整套核心技术,具有较强的竞争实力。代表企业有BYD、CATL、国轩等。

(2)整车企业。整车企业对电芯的参与较少,一般通过兼并购、战略合作等方面进入,而BMS则为大的车企重点考虑的领域。国内如上海汽车集团股份有限公司(简称上汽)、北京汽车股份有限公司(简称北汽)等车企均有专门的研发团队进行BMS研发,除了核心技术的掌握外,在成本和效率方面与其他企业相比有较强的竞争力。

(3)专业第三方BMS企业。目前国内第三方BMS企业仍占据主要位置。作为专业的第三方BMS企业,技术积累有天然的优势。目前这类企业参与者众多,但技术相差较大,国内处于竞争前列的企业主要有亿能、杭州高特电子、科列等。