市場動力電池

中國應(yīng)加強(qiáng)動力電池開發(fā)并完善交流充電標(biāo)準(zhǔn)

電子工程世界綜合報道 2012-07-09 09:34

　　在6月26～27日深圳舉行的第三屆(2012)國際新能源汽車高峰論壇上，北汽福田汽車工程研究院副總工程師李峰分析了動力電池廠商開發(fā)時存在的普遍問題：

　?、賹φ囅到y(tǒng)及運(yùn)行工況缺乏了解;②只把動力電池作為孤立的零部件開發(fā);③很少考慮與整車系統(tǒng)之間的相互影響，導(dǎo)致了系統(tǒng)層級的問題;④系統(tǒng)安全設(shè)計不足，缺乏FEMA分析，ASIL等級過低。

　　提高動力電池BMS軟件能力

　　對于市場現(xiàn)有動力電池系統(tǒng)存在的問題，他認(rèn)為，大部分動力電池廠商的BMS軟件能力需要在以下4個方面提高：

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

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

　　3.缺乏從單體測試項制訂、單體測試、數(shù)據(jù)分析、模型訓(xùn)練、HIL測試、系統(tǒng)/車載測試的流程，因此，會影響軟件的可靠性。

　　4.動力電池是復(fù)雜、高度非線性的控制對象。溫度、放電電流、使用時間、單體一致性和SOC等因素都會對整個動力電池的壽命、性能和安全有很大影響。目前，很多動力電池廠商只是用一些簡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，整車廠商不得不重新對電池組進(jìn)行全面、精確的測試，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)計不足造成的。

　　動力電池BMS非汽車級的硬件設(shè)計

　　李峰還指出了業(yè)內(nèi)目前存在的動力電池BMS非汽車級的硬件設(shè)計問題。

　　1. BMS大量采用非汽車級元件，即使在整車正常工作時，也有可能出現(xiàn)BMS系統(tǒng)部件失效的情況，進(jìn)而導(dǎo)致整個系統(tǒng)出現(xiàn)問題。

　　2.相關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量保證不足，生產(chǎn)過程中只進(jìn)行貼片及簡單測試后，就進(jìn)入市場，產(chǎn)品生產(chǎn)可靠性太低，無法滿足汽車使用環(huán)境的要求。例如，低溫?zé)o法正常啟動，高溫?zé)龤В噧?nèi)正常的電磁環(huán)境和溫漂過大等問題。

　　3.對汽車部件，尤其是電池系統(tǒng)這樣的高安全性產(chǎn)品PCB設(shè)計能力不足，無法滿足汽車產(chǎn)品安全和質(zhì)量要求。例如，MARK設(shè)計不規(guī)范，較高速生產(chǎn)時，器件位置會發(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;過孔裸露在外，在汽車運(yùn)行震動環(huán)境中，會有錫珠脫落，存在短路風(fēng)險。

　　另外，對于電池模塊，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，福田新能源汽車所用的動力電池模塊具有較強(qiáng)的熱設(shè)計能力，保證了電池溫度場的梯度分布，確保電池的性能及壽命。還對動力電池模塊線束進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，盡量減小線束對模塊的差異影響。

　　中國還沒有家庭電動車公用充電設(shè)施

　　自2009年以來，中國私人電動車數(shù)量僅為幾千輛，即使國家和地方政府的綜合補(bǔ)貼最高有6萬元，仍未能有效吸引用戶。寶馬集團(tuán)新能源汽車充電系統(tǒng)項目經(jīng)理Albrecht Pfeiffer認(rèn)為：”這是由于缺少私人充電設(shè)備及對公共充電設(shè)備的關(guān)注?！?/p>

　　對于電動汽車的發(fā)展，Pfeiffer表示，只有家庭用車才能真正促進(jìn)這一市場的大眾化普及。

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

　　雖然中國已有一些充電設(shè)施，但面向私人用戶的充電樁沒有并網(wǎng)，處于閑置或關(guān)閉狀態(tài)。還有，中國的公共充電站沒有統(tǒng)一的計費(fèi)系統(tǒng);電動車示范運(yùn)營城市的解決方案各自為政，沒有通用性。

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

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

　　Pfeiffer建議中國的綜合充電設(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(無需單獨(dú)計量)，社區(qū)和停車場的私人充電(需單獨(dú)計量/計費(fèi))，購物中心和飯店等小型公共場所充電(需單獨(dú)計量/計費(fèi)或免費(fèi))，高速路和加油站等公共場所快速充電(需單獨(dú)計量/計費(fèi))。

　　政府應(yīng)制定停車場供電的相關(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)營業(yè)主、委員會和物業(yè)管理的方式，推進(jìn)和鼓勵其在停車場、建筑周圍安裝充電設(shè)施。同時，政府還應(yīng)制定統(tǒng)一的充電和計費(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，德國和美國的整車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。中國和日本現(xiàn)在還沒有CCS系統(tǒng)。CCS將現(xiàn)有的各種交流連接器整合成一個系統(tǒng)，形成標(biāo)準(zhǔn)的全球通用的交直流充電界面(見圖2)。且從2017年起，歐洲整車商將只采用Type2/Combo2充電系統(tǒng)。

　圖1 德國和美國的整車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，對于中國的交流充電標(biāo)準(zhǔn)，Pfeiffer指出，其與國際標(biāo)準(zhǔn)相比有11處明顯區(qū)別，其中3處有安全隱患。中國目前還沒有對PWM(脈寬調(diào)制)占空比進(jìn)行定義。已出臺的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(見圖3)。不同占空比的共存會產(chǎn)生安全風(fēng)險。如果高水平通信沒有PWM指示點(diǎn)，直流充電和現(xiàn)有Combo就不可能組合在一起。