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有關(guān)CATL與BYD的電池管理系統(tǒng)分析

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:826次  |  2021年04月26日  

假如把電芯比作人體的心臟,模組和電池包比作強(qiáng)健的體魄,那么整個(gè)動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)要平穩(wěn)運(yùn)行,還要一個(gè)支配身體的智慧大腦,那就是BMS。


電池管理系統(tǒng)(BatteryManagementSystem,簡(jiǎn)稱BMS)是連接電池和電動(dòng)汽車的重要紐帶,其精準(zhǔn)的控制和管理為電池的完美應(yīng)用保駕護(hù)航。


龍生九子,各有不同。即使同一批次生產(chǎn)的兩個(gè)單體電芯,因生產(chǎn)工藝誤差、使用環(huán)境差異等,其性能也不可能完全一致;在使用過程中這種不一致性會(huì)逐漸擴(kuò)大,可能會(huì)出現(xiàn)過充、過放和局部過熱的危險(xiǎn),嚴(yán)重時(shí)影響到電池組的使用壽命和安全。


這時(shí)就要BMS大顯身手。


那么問題來了,BMS重要做什么?

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

電池管理系統(tǒng)BMS的功能用途


1、準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力鋰電池組的荷電狀態(tài)


準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力鋰電池組的荷電狀態(tài)(StateofCharge,即SOC),即電池剩余電量,保證SOC維持在合理的范圍內(nèi),防止由于過充電或過放電對(duì)電池的損傷,從而隨時(shí)預(yù)報(bào)混合動(dòng)力汽車儲(chǔ)能電池還剩余多少能量或者儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)。


2、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)力鋰電池組的工作狀態(tài)


在電池充放電過程中,實(shí)時(shí)采集動(dòng)力鋰電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓,防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。

無人船智能鋰電池
IP67防水,充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況,選擇出有問題的電池,保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性,使剩余電量估計(jì)模型的實(shí)現(xiàn)成為可能。除此以外,還要建立每塊電池的使用歷史檔案,為進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動(dòng)機(jī)等供應(yīng)資料,為離線分析系統(tǒng)故障供應(yīng)依據(jù)。


3、單體電池間的均衡


即為單體電池均衡充電,使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項(xiàng)電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。


有關(guān)BMS的功能,行業(yè)內(nèi)有關(guān)其分類方式不盡相同。不過從用戶的角度來理解,可大致劃分為兩大功能電池體檢和安全衛(wèi)士。


即時(shí)體檢


精準(zhǔn)掌握電池狀態(tài)


即時(shí)體檢,指的是電池?cái)?shù)據(jù)采集和狀態(tài)評(píng)估。


數(shù)據(jù)采集,可簡(jiǎn)單理解為給電池做例行的體檢;在充放電過程中,實(shí)時(shí)采集電池組中每塊電池的端電壓、溫度、充放電電流及總電壓,防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。


這種體檢是在線的、持續(xù)的、不間斷的。過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí),可及時(shí)查詢對(duì)應(yīng)電池狀況,并選擇出有問題的電池,從而保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性。


寧德時(shí)代掌握業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高精度測(cè)量技術(shù),總流總壓精度可達(dá)千分之五;采樣數(shù)據(jù)精度很高,通過實(shí)時(shí)了解電池真實(shí)工作狀態(tài),及時(shí)做出判斷與修正。


體檢結(jié)束之后,會(huì)進(jìn)入分析、診斷、計(jì)算的階段,之后生成體檢報(bào)告,這個(gè)過程可以理解為電池的狀態(tài)評(píng)估。


這時(shí),我們要了解一個(gè)行業(yè)的常用術(shù)語SOC。


何為SOC?


電池組的荷電狀態(tài)(StateofCharge,即SOC),即電池剩余電量。SOC是判斷電池過充及過放等一系列故障的基礎(chǔ),精確的估算SOC,可防止電池過充和過放,延長電池的使用壽命,從而提高電池的利用率。


其實(shí),除了SOC估算,還有SOH(StateofHealth),SOP(StateofPower),用戶可通過車上儀表顯示看到這些數(shù)據(jù),從而確認(rèn)電池的工作、功能狀態(tài)。據(jù)此,在保護(hù)電池的基礎(chǔ)上,將潛力發(fā)揮最大化,大大提升駕乘體驗(yàn)。


因此SOC等數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確與否,就顯得特別重要。估算不準(zhǔn)帶來的后果,有可能是汽車拋錨、與預(yù)期的行駛里程數(shù)不符等。


車輛正在進(jìn)行快充實(shí)驗(yàn)時(shí),SOC顯示52%


舉個(gè)例子,滿電情況下續(xù)航里程為400公里的車輛在道路行駛。若估算準(zhǔn)確,當(dāng)SOC顯示為10%時(shí),還可能行駛的里程是40公里;若估算不準(zhǔn),SOC達(dá)到15%,則用戶以為的里程為60公里,事實(shí)上可能在行駛40公里之后,就已經(jīng)沒電了。很顯然,關(guān)于用戶來說,這樣的情況很糟糕。


有關(guān)電池狀態(tài)的估算,要經(jīng)過一系列復(fù)雜的計(jì)算。寧德時(shí)代掌握了精確的核心算法,通過基于電池參數(shù)的估算方法,有效消除累積誤差的影響,估算更精確。NCM估算精確度在3%,LFP在5%左右。


安全衛(wèi)士


保護(hù)電池及人身安全


BMS還有另一大核心功能,就是安全衛(wèi)士;可簡(jiǎn)單理解為保護(hù)的用途,重要體現(xiàn)在對(duì)電池及高壓安全的防護(hù)上。


首先,由于電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,電池濫用或損壞會(huì)影響到電池壽命及安全性,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電池?zé)崾Э兀瑥亩l(fā)安全事故。BMS對(duì)電池的保護(hù)功能表現(xiàn)在:一方面,對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控;另一方面,與整車及充電機(jī)等外部系統(tǒng)進(jìn)行通訊,對(duì)充放電過程進(jìn)行及時(shí)有效的控制,從而防止危險(xiǎn)事故的發(fā)生。


目前,寧德時(shí)代已實(shí)現(xiàn)了BMS對(duì)電池充電、放電及均衡過程全方位的保護(hù),做到了對(duì)故障的提前預(yù)防、發(fā)生檢測(cè),過程控制及影響降級(jí)。


工程師在-30℃的黑河進(jìn)行樣車冬季測(cè)試


其次,電池系統(tǒng)電壓可達(dá)300-500V,遠(yuǎn)超人體安全電壓,風(fēng)險(xiǎn)隱患極大,高壓安全防護(hù)為此保駕護(hù)航。BMS通過對(duì)絕緣電阻、高壓互鎖及繼電器狀態(tài)的檢測(cè),對(duì)可能發(fā)生的高壓泄漏風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行檢測(cè)及控制,從而保護(hù)駕駛員、乘客及維修人員的人身安全。


程師在整車廠進(jìn)行高壓測(cè)試


說到安全,就不得不提功能安全了。功能安全是BMS安全開發(fā)的核心,目的是預(yù)防、檢測(cè)及控制BMS及其他E/E部件故障所造成的動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)危險(xiǎn)。寧德時(shí)代始終以做前列安全電池為發(fā)展目標(biāo),是業(yè)內(nèi)較早進(jìn)入功能安全開發(fā)領(lǐng)域,也是第一個(gè)開發(fā)具有ASILD功能安全目標(biāo)的BMS產(chǎn)品的動(dòng)力鋰電池公司。


何為ASILD等級(jí)?


國際安全標(biāo)準(zhǔn)ISO26262根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度,將安全需求劃分為A到D的安全等級(jí)(AutomotiveSafetyIntegrityLevel,ASIL),其中D級(jí)為最高等級(jí),是最苛刻的安全需求,意味著功能安全開發(fā)流程及技術(shù)要求更嚴(yán)格、相應(yīng)的開發(fā)成本新增、開發(fā)周期延長。


不同安全等級(jí)產(chǎn)品的隨機(jī)硬件失效率要求


ASILD等級(jí)要求產(chǎn)品安全目標(biāo)失效率小于10^-8/h,意味著1輛車假定每天運(yùn)行4小時(shí),要運(yùn)行7萬年才出現(xiàn)1次違反安全目標(biāo)的功能性故障。而如此低概率的失效率,可媲美飛機(jī)的安全設(shè)計(jì)要求。


寧德時(shí)代已先后為寶馬、大眾、標(biāo)致雪鐵龍及長城等多家國內(nèi)外客戶,供應(yīng)或合作開發(fā)了滿足功能安全要求的BMS產(chǎn)品,獲得了客戶及第三方評(píng)審機(jī)構(gòu)的一致認(rèn)可。在積累了豐富項(xiàng)目相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí),寧德時(shí)代也逐漸形成了BMS產(chǎn)品功能安全的巨大優(yōu)勢(shì)。


其實(shí),BMS的功能遠(yuǎn)不止這些,可謂小身材,大智慧。電池管理系統(tǒng)協(xié)同電池包,為整車供應(yīng)強(qiáng)大的動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)。未來,寧德時(shí)代也將攜手同行,踏上更高更遠(yuǎn)的征程!


解密比亞迪電池管理系統(tǒng)


首先我們來談?wù)勌坪颓氐碾姵?,型?hào)應(yīng)該是相同的,只是秦的電池組電芯數(shù)量比較少,容量13度,唐的比較多,18度。單個(gè)的電芯都是比亞迪自己制造的磷酸鐵鋰離子電池,額定電壓3.2V,容量26AH。為何不是最近比較火的三元鋰離子電池呢?原因如下圖:


磷酸鐵鋰離子電池?fù)碛懈玫膲勖?、安全性,更適合插電式混動(dòng)車的用車情況。


電池單體大概是這個(gè)樣子的,但是這個(gè)應(yīng)該是大巴上的,因?yàn)殡妰?chǔ)量高達(dá)120AH,咱們的只有26AH,不過大致上是相同的,都是長方體。


唐的電池組位于底盤中部,體積和重量都比較大。放在底盤的好處是降低了整車重心,同時(shí)不影響后備箱空間。缺點(diǎn)嘛,對(duì)放水和防磕碰要求比較高,日常使用要注意這塊不要浸水,不要磕碰。


這是秦的電池組,位于后座以后,后備箱之前。優(yōu)點(diǎn):放水防磕碰性能都很好,缺點(diǎn):重心比較高,影響后備箱空間,和唐正好是相對(duì)的~


連接方式為串聯(lián)(全部電芯串聯(lián)),串聯(lián)的電池如下圖,形象一點(diǎn)說,就是類似于我們以前用過的手電筒,幾個(gè)電池頭尾相接。


這種連接方式,每個(gè)電芯放電的時(shí)候使用同樣的電流對(duì)外放電,充電的時(shí)候同樣的電流充電,在不借助均衡系統(tǒng)的情況下,無法對(duì)單個(gè)電芯進(jìn)行充放電。而且,當(dāng)一個(gè)電芯充滿時(shí),就要停止對(duì)整個(gè)電池組的充電,不然這個(gè)電芯會(huì)過充損壞,而一個(gè)電芯放空的時(shí)候,整個(gè)電池組就要停止放電,不然這個(gè)電芯會(huì)過放損壞。


還記得手電筒有什么要求么?對(duì)了,新舊電池不能混用,也就是說有電和沒電的電池不能混用?;氐教坪颓氐碾姵亟M,上邊是個(gè)示意圖,選取了幾個(gè)電芯。正常情況下,他們的存電量應(yīng)該是完全相同的,一起充滿,一起放空,假如一直這樣循環(huán),那么就不會(huì)出現(xiàn)文章之初的各種問題了。


事實(shí)上,電池組使用一段時(shí)間以后,就會(huì)出現(xiàn)各個(gè)電芯存電量出現(xiàn)差異的情況,出現(xiàn)差異的原因有很多,比如電池本身容量就不一致,或者內(nèi)阻不一致,工作溫度不一致等,都會(huì)導(dǎo)致放電容量出現(xiàn)差異。當(dāng)各個(gè)電芯存電量不一致,就會(huì)出現(xiàn)下圖的情況:


表面上看,只是有一個(gè)電芯損失了一點(diǎn)電量,一共有那么多電芯,應(yīng)該不會(huì)有什么影響吧?我們繼續(xù)往下看,這個(gè)電池組放電的時(shí)候,會(huì)發(fā)生什么:


整個(gè)電池組釋放了80%的電量,而這時(shí)候,原本不滿的電池已經(jīng)空了,這時(shí)候電池組就要停止放電。假如這個(gè)電池組的存電量是10度,那么在充滿的情況下,這個(gè)不均衡的電池組放電80%也就是8度就已經(jīng)無法放電了,表面上看只有5%的電量缺失,卻導(dǎo)致20%的容量無法使用。這還是只有4個(gè)電芯比較的情況下,假如是200多個(gè),可想而知影響有多大。


那么一旦出現(xiàn)了不均衡,怎么辦呢?這就要用到電池管理系統(tǒng)的均衡模塊。唐和秦的均衡模塊采用的是被動(dòng)均衡方式,也就是說,通過旁路電阻給電壓較高的電芯放電,使其達(dá)到和其他電芯相同的電壓。也就是這樣:


每個(gè)電芯都有一個(gè)由電池管理系統(tǒng)單獨(dú)控制的電阻,當(dāng)要的時(shí)候,接通這個(gè)電阻的電路,給電芯放電。通過經(jīng)過一定的時(shí)間,這個(gè)不均衡的電池組就變成了這樣:


電芯電容量一致了,再充電就可以都充滿,放電都放空,一切恢復(fù)正常,容量回來了,續(xù)航也回來了!聽起來很美,是吧?那為何很多車就是達(dá)不到這個(gè)效果呢?


首先,這個(gè)放電的過程非常緩慢!充電過程的話電流可以達(dá)到10A以上(10000ma),而這個(gè)放電呢?據(jù)了解,這個(gè)放電電阻允許的最大電流是30ma~在均衡系統(tǒng)一直處于最佳均衡狀態(tài)的情況下,均衡一度電的差異,也要100小時(shí)左右!


其次,均衡系統(tǒng)不是一直工作在最佳狀態(tài)下的。要有一個(gè)好的工作狀態(tài),系統(tǒng)要了解哪個(gè)電芯是要被放電的,要放多少電。而這個(gè)過程不是任意電量都可以完成的。


這是一個(gè)磷酸鐵鋰離子電池放電的曲線圖??梢钥吹剑?5%電量以上的時(shí)候,電壓的差異是非常小的。這時(shí)候要找到哪個(gè)電芯要放電,放多少,是非常困難甚至不可能的。所以,要讓均衡系統(tǒng)處于高效工作狀態(tài),就要實(shí)時(shí)的把電池用到15%以下。


然后充滿電,讓車進(jìn)入均衡狀態(tài),這時(shí)候的均衡效率是最高的,除非用車,不然建議等到均衡結(jié)束(也就是說儀表盤完全熄滅)。在電池組不均衡的情況下,一次均衡大概要20小時(shí)左右,大家可以按照自己的電池組缺少電量來計(jì)算要多少個(gè)循環(huán)。


這也就引申出了另一個(gè)問題:在均衡結(jié)束以后,略微用一點(diǎn)電,然后充滿,車輛會(huì)再次進(jìn)入均衡狀態(tài),這個(gè)時(shí)間,應(yīng)不應(yīng)該計(jì)入有效均衡?根據(jù)樓主的相關(guān)經(jīng)驗(yàn),這個(gè)均衡幾乎是無效的。


因?yàn)樘坪颓氐碾姵亟M不均衡,絕大多數(shù)是某一兩個(gè)電芯電壓過低,要對(duì)另外的大量電芯進(jìn)行放電。而在低電量時(shí),可以正確的標(biāo)記剩余電芯,高電量下,系統(tǒng)只會(huì)標(biāo)記充滿時(shí)電壓最高的一個(gè)電芯,是一個(gè),可想而知效率是怎么樣的了,幾乎可以忽略不計(jì)。


下面講一下,什么樣的電池是沒問題的,什么樣的是有問題的。這里,借用了14款秦的DCT軟件電池監(jiān)控模塊來展示數(shù)據(jù)。唐不支持這個(gè),但是電池組的原理是相同的。


很多人去檢查電池的時(shí)候,發(fā)現(xiàn)自己最低電壓電芯只有2.6-2.8V,感覺這個(gè)電芯有問題,進(jìn)而要求4S店更換,4S套用廠家的表格,給出正常的答復(fù),客戶就會(huì)感覺廠家在敷衍。其實(shí),單個(gè)電芯電壓較低是正常的。


最理想的狀況是5%電量是所有電壓電芯均低于3V,這樣電池組所有的電量都被釋放,當(dāng)然,這樣的電池組幾乎是不存在的,它要求所有電芯的一致性非常非常好。一般來說,判斷電池組狀況較好的依據(jù)是在5%的情況下,最低電芯電壓低于3V,而最高電壓電芯電壓低于3.15V(放電到5%的瞬間電壓即可,存放一會(huì)兒以后電壓會(huì)回升,不比等回升)。


更換電池廠家有自己的標(biāo)準(zhǔn),假如滿足更換的條件,可以選擇更換,但是樓主更建議先使用正確的均衡方法均衡100小時(shí),假如效果不明顯再換。因?yàn)楦鼡Q完的電芯和原來已經(jīng)有所衰減的電芯是很難匹配一致的。


假如某個(gè)電芯有問題,實(shí)際容量降低了,那么無論均衡系統(tǒng)如何努力,都是無濟(jì)于事的。那么如何判斷電芯問題呢?


均衡問題導(dǎo)致的電壓不一致,是5%的時(shí)候最低電壓電芯和100%時(shí)最低電壓電芯是同一個(gè)。而電芯問題導(dǎo)致的是5%的時(shí)候最低電壓電芯在100%的時(shí)候反而電壓較高甚至最高了,假如你的電池組是這樣的情況,那么沒別的辦法,換掉有問題的電芯吧!


充電量不足、純電續(xù)航里程不足:電池組均衡有問題或某個(gè)電芯有問題,解決方法為首先判斷是哪種情況,相應(yīng)的處理意見前文中已經(jīng)介紹了。


充電跳電:即電池組在充電時(shí)在某個(gè)百分比(比如96%),不經(jīng)過后邊的百分比直接達(dá)到100%。原因是系統(tǒng)關(guān)于電池組容量的標(biāo)記大于實(shí)際上電池組的容量。在充電到這個(gè)百分比時(shí),已經(jīng)有電芯的電壓達(dá)到終止充電的電壓。所以系統(tǒng)停止充電,同時(shí)認(rèn)定此時(shí)電量為100%,造成此問題的原因也是充電量不足。


電量較低時(shí)電量下降飛快:因?yàn)榱姿徼F鋰離子電池的放電特點(diǎn),在中間很長的平臺(tái)電壓變化很低,系統(tǒng)只能估測(cè)剩余電量。而當(dāng)電芯剩余電量到達(dá)15%(此時(shí)對(duì)應(yīng)電芯電壓大約在3.18V)時(shí),電壓會(huì)突然下降。


唐和秦的電池管理系統(tǒng)會(huì)在有電芯到達(dá)此電壓時(shí),重新預(yù)估電池組剩余電量,假如此時(shí)剩余電量顯示為30%,而系統(tǒng)重新估測(cè)后認(rèn)為只有15%,那么,管理系統(tǒng)會(huì)提高儀表顯示的電量下降速度,造成的結(jié)果就是原來1%可以跑800米,而此時(shí)只能跑400米。


國內(nèi)電池管理系統(tǒng)BMS的困境


新能源汽車的發(fā)展并不是一帆風(fēng)順的,過去這兩年,隨著新能源汽車的大量推廣使用,我們也聽到了不少有關(guān)新能源汽車的丑聞:自燃、虛假續(xù)航里程等,而為何會(huì)出現(xiàn)這些使用問題呢?沒有使用電池管理系統(tǒng)或使用劣質(zhì)的不成熟的電池管理系統(tǒng)是主因。實(shí)際上,新能源汽車的安全性問題,一直是政府和汽車產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)工作之一。


不久前,科技部、財(cái)政部、工信部和發(fā)改委等四部委,已經(jīng)聯(lián)合公布了新能源汽車示范推廣安全令(即《有關(guān)加強(qiáng)節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》),強(qiáng)調(diào)對(duì)投入示范運(yùn)行的插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車要全部安裝車輛運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱BMS),特別是要加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力鋰電池和燃料動(dòng)力電池工電動(dòng)汽車自燃原因多種多樣,并非安裝了電池管理系統(tǒng)就可以高枕無憂的,例如:在安全、精度、壽命、放電能力等方面,單體電池可以充放電2000次,成電池組后可能只有1000次,若搭載不成熟的BMS,無法實(shí)時(shí)精準(zhǔn)地監(jiān)控電池充放電狀況,極易造成電池芯局部功耗過大,出現(xiàn)局部熱量,且信息無法傳遞至駕駛員,極易導(dǎo)致電池自燃發(fā)生。


業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,安裝優(yōu)秀的電池管理學(xué)BMS能夠有效提高電池的利用率,防止電池出現(xiàn)過充電和過放電,并且延長電池的使用壽命,監(jiān)控電池組及各電池單芯的運(yùn)行狀態(tài),有效預(yù)防電池組自燃,如遇緊急情況提前對(duì)司機(jī)作出突發(fā)事件預(yù)警,為保障安全贏得時(shí)間。


新能源汽車和電池管理系統(tǒng)的未來


我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)始于21世紀(jì)初,迄今發(fā)展不過十?dāng)?shù)年,由于人們關(guān)于環(huán)保和可再生能源的渴求,新能源汽車才迎來了發(fā)展機(jī)遇,之后便一發(fā)不可收拾,在很長的一段未來里,新能源汽車都會(huì)作為一個(gè)挑戰(zhàn)者去侵占原本屬于傳統(tǒng)燃油汽車的廣大市場(chǎng),而且由于社會(huì)發(fā)展的要,這種市場(chǎng)份額的侵占,是可以預(yù)期的。


在展望新能源汽車快速發(fā)展的同時(shí),我們必須清楚地認(rèn)識(shí)到,技術(shù)的發(fā)展才是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ),而穩(wěn)定、高效、安全、可靠的產(chǎn)品就是技術(shù)的體現(xiàn),我們必須要了解,國內(nèi)目前的新能源汽車行業(yè)并不友善,頻發(fā)的電動(dòng)汽車自燃事件和虛假續(xù)航里程,都暴露出國內(nèi)目前新能源電池組、電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、檢測(cè)、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)的不完善。


技術(shù)參數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)的缺失,也沒有權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)廠家生產(chǎn)的BMS進(jìn)行權(quán)威檢測(cè),這是目前國內(nèi)BMS市場(chǎng)的困局,導(dǎo)致了BMS產(chǎn)品的良莠不齊,難以大面積推廣。


同時(shí),目前國內(nèi)很多汽車廠商及電池PACK公司關(guān)于BMS的重要性認(rèn)識(shí)不足,以為只要各個(gè)單體電池芯能鏈接上,就能保證車輛運(yùn)行,對(duì)其安全性心存僥幸,在BMS采購中一味地追求低價(jià)格,為求合同的簽訂,某些不良BMS供應(yīng)商只有降低BMS功能指標(biāo)或干脆閹割部分功能,從而埋下安全隱患,這也是對(duì)整個(gè)行業(yè)的不負(fù)責(zé)任和傷害。


只有盡快建立統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),打壓不符合市場(chǎng)要求的生產(chǎn)商,建立健全的檢測(cè)體系,電池管理系統(tǒng)和新能源汽車才能擁有可持續(xù)發(fā)展的未來,這也是諸多廠商和消費(fèi)者的訴求。


4種汽車動(dòng)力鋰電池性能比較


鋰電派


2013年,特斯拉CEO給力哥ElonMusk在德國接受外媒采訪時(shí)將燃料動(dòng)力電池(FuelCell)稱為傻瓜電池(FoolCell),并表示:他們非常愚蠢,就算從理論上實(shí)現(xiàn)燃料動(dòng)力電池的最佳性能,也無法同今天的鋰離子電池抗衡。他還指出鋰離子電池還有很大潛力沒有發(fā)掘。


而另外一方面,通用汽車和豐田等多家車企巨頭各自同合作伙伴簽訂合作開發(fā)燃料動(dòng)力電池協(xié)議,計(jì)劃未來數(shù)年內(nèi)推出燃料動(dòng)力電池車投入實(shí)用。早在2011年豐田就在東京車展上就亮相了FCV-R氫燃料動(dòng)力電池概念車,今年東京車展則將展出量產(chǎn)型號(hào)。豐田公司同寶馬簽署協(xié)議在四個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行合作,其中就包括燃料動(dòng)力電池。


除了豐田,通用汽車和本田汽車宣布將聯(lián)合開發(fā)下一代燃料動(dòng)力電池技術(shù),以便2020年投放到市場(chǎng)。韓國現(xiàn)代汽車已經(jīng)率先投產(chǎn)燃料動(dòng)力電池車,福特、戴姆勒和雷諾-日產(chǎn)正合作開發(fā)燃料動(dòng)力電池技術(shù)。


豐田表示,即將量產(chǎn)的燃料動(dòng)力電池車售價(jià)大約接近寶馬5系或者特斯拉ModelS,大約為5萬美元左右,一次加注燃料續(xù)航里程高達(dá)300英里(483公里)。因而性價(jià)比具有較高的競(jìng)爭(zhēng)力。


那么到底是特斯拉的給力哥對(duì),還是豐田以及一眾車廠對(duì),為何會(huì)有燃料動(dòng)力電池和鋰離子電池之爭(zhēng),未來電動(dòng)汽車的動(dòng)力之源會(huì)是什么呢?我們來做一個(gè)深度解讀。


電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)汽車


現(xiàn)在林林總總的電動(dòng)汽車,其實(shí)是傳統(tǒng)汽車的一個(gè)延續(xù),人們做的,只是把傳統(tǒng)汽車動(dòng)力部分、燃油部分換成了電機(jī)和電池。


電動(dòng)汽車的歷史其實(shí)非常非常悠久,1839年,蘇格蘭的羅伯特安德森給四輪馬車裝上了電池和電動(dòng)機(jī),將其成功改造為世界上第一輛靠電力驅(qū)動(dòng)的車輛。內(nèi)燃機(jī)汽車的發(fā)明時(shí)間則要推遲到四十余年之后的1885年十月,卡爾奔馳設(shè)計(jì)制造了世界上第一輛三輪汽油汽車,同年戈特利布戴姆勒也制造出了一部四輪汽油汽車。兩人各自成立了自已的汽車公司,1926年兩家合并為戴姆勒-奔馳汽車公司。


電動(dòng)汽車在歷史上經(jīng)歷過三個(gè)發(fā)展期,1885年到1915年是電動(dòng)汽車的第一次黃金時(shí)期。這一期間,由于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)相當(dāng)落后,行駛里程短,故障多,維修困難,不及電動(dòng)汽車,因此電動(dòng)汽車在這一時(shí)期被普遍認(rèn)可。當(dāng)時(shí)美國總統(tǒng)的座駕就是電動(dòng)汽車,而不是內(nèi)燃機(jī)汽車。


第二個(gè)階段是60年代,中東戰(zhàn)爭(zhēng)引發(fā)石油危機(jī)的大背景下,美國通用汽車公司與福特汽車公司分別研發(fā)了新型電動(dòng)汽車。雪鐵龍、標(biāo)致則將現(xiàn)有車型改裝成小型電動(dòng)汽車。以此為契機(jī),全球掀起了電動(dòng)汽車熱潮。


第三個(gè)階段是20世紀(jì)90年代后,隨著鋰離子電池技術(shù)的進(jìn)步,成本的降低,電動(dòng)汽車的性能有了巨大提升。最終實(shí)現(xiàn)了特斯拉、日產(chǎn)等的量產(chǎn)電動(dòng)汽車。


從電動(dòng)汽車的歷史可以看出,電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車,實(shí)際上是平行發(fā)展,互相競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系。當(dāng)電動(dòng)汽車的性能、成本、用戶體驗(yàn)高于內(nèi)燃機(jī)汽車的時(shí)候,電動(dòng)汽車就有一個(gè)黃金發(fā)展期,而當(dāng)內(nèi)燃機(jī)技術(shù)進(jìn)步,體驗(yàn)超過電動(dòng)汽車時(shí),電動(dòng)汽車就歸于沉寂。


電動(dòng)汽車性能的關(guān)鍵因素:動(dòng)力鋰電池


關(guān)于電動(dòng)汽車來說,性能、成本、用戶體驗(yàn)?zāi)芊駢旱箖?nèi)燃機(jī)汽車,關(guān)鍵在于動(dòng)力鋰電池。


我們了解,汽車能跑,是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱工作,給汽車供應(yīng)動(dòng)力,電動(dòng)汽車能跑是電池和電動(dòng)機(jī)供應(yīng)動(dòng)力。電機(jī)技術(shù)經(jīng)過百年的發(fā)展,已經(jīng)非常非常成熟。


無論是單位重量的功率、還是效率、壽命、成本、控制,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于發(fā)動(dòng)機(jī)。同等功率的電機(jī)往往比發(fā)動(dòng)機(jī)便宜,壽命更長,維護(hù)保養(yǎng)也更簡(jiǎn)單。理論上電動(dòng)汽車應(yīng)該遠(yuǎn)比內(nèi)燃機(jī)汽車更加有競(jìng)爭(zhēng)力,而問題的關(guān)鍵就卡在電池上。


眾所周知,汽車運(yùn)動(dòng)是要能量的,內(nèi)燃機(jī)汽車的能量來自于汽油或者柴油的燃燒,熱能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。而電池通過電機(jī),把電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能。而現(xiàn)在電動(dòng)汽車遇到的問題就是同樣的重量,同樣的體積,電池供應(yīng)的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油和柴油,也就是能量密度低。


所以,同樣跑300公里,汽油車只要30升的油箱,只要20多公斤汽油,而即使采用了先進(jìn)鋰離子電池的電動(dòng)汽車,也要600多公斤的巨大電池包,還不算保護(hù)電路,電池包本身的保護(hù)的重量。


假如用鉛酸電池,則要1噸到2噸的沉重電池包,而一輛家用轎車正常的重量也不過1噸多。


除了能量密度,電池還有一個(gè)功率密度的概念,動(dòng)力鋰電池能夠釋放的最大電流是有限的,電壓是有限的。即使電動(dòng)機(jī)功率很高,電池瞬間放電能力不行,也會(huì)影響電動(dòng)汽車的性能。


動(dòng)力鋰電池的分類


目前,電動(dòng)汽車用的動(dòng)力鋰電池種類其實(shí)非常多,但是真正實(shí)用化的并不多。因?yàn)楹芏嚯姵囟加羞@樣或者那樣的問題。世界上大部分廠商都選擇了鋰離子電池,細(xì)節(jié)材料上有使用三元鋰離子電池的,有使用磷酸鐵鋰的,有使用錳酸鋰的,但是它們都可以歸結(jié)到鋰離子電池的范疇,要充電放電,有循環(huán)次數(shù)。


氫燃料動(dòng)力電池和鋅空氣電池都不是充電電池,是靠消耗其他材料(氫氣,鋅)出現(xiàn)電能,要添加其他材料才能維持運(yùn)行,更類似傳統(tǒng)燃油車加油的概念。


還有幾種比較另類的電池,一般當(dāng)作動(dòng)力鋰電池的輔助使用。下面我們就來詳細(xì)說說各類電池的特點(diǎn)和用于汽車的優(yōu)劣。


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