中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電池管理系統(tǒng)都是非常重要的電池部件，因?yàn)殡姵叵到y(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，一些是電池本身的性能，管理系統(tǒng)起到非常重要的作用，所以我們今天請(qǐng)到北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)姜久春教授給大家作報(bào)告，新能源汽車的電池管理系統(tǒng)，姜老師在包括北京奧運(yùn)會(huì)，上海世博會(huì)等等，有很多經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)方面的見解，下面我們有請(qǐng)姜院長(zhǎng)給大家作報(bào)告。
北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)姜久春
姜久春：很高興給大家做報(bào)告。主要講一下新能源汽車的電池管理系統(tǒng)。新能源汽車電池管理系統(tǒng)基本上幾年以后可能就沒有人再提了，因?yàn)榧夹g(shù)已經(jīng)成熟了，下面講講這個(gè)電池管理系統(tǒng)研究的具體情況。
簡(jiǎn)單看一下動(dòng)力電池管理系統(tǒng)的作用，參與整車調(diào)度，直接決定整組電池的使用壽命，這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車非常重要的一個(gè)部分，是核心技術(shù)電池管理系統(tǒng)，并且公布了14項(xiàng)專利，跟這個(gè)問題相關(guān)的。手機(jī)都是有電池管理系統(tǒng)，只不過(guò)是單只電池，如果幾百只串聯(lián)、并聯(lián)起來(lái)，問題變得更加復(fù)雜了?；旧虾?jiǎn)單看一下需要哪些方面的東西，總體方案的設(shè)計(jì)，電池篩選和優(yōu)化重組，電話仿真、狀態(tài)預(yù)測(cè)、熱場(chǎng)分析、安全檢測(cè)、全生命周期分析，系統(tǒng)設(shè)計(jì)越復(fù)雜，壽命越變長(zhǎng)，但是價(jià)格能不能接受，這是折中要考慮的問題。
通過(guò)動(dòng)力電池管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、電池模塊化成組方法、電池在線狀態(tài)評(píng)估，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全、高效、可靠運(yùn)行，延長(zhǎng)電池使命壽命，提高電池使用效率。
我們正在做的關(guān)鍵技術(shù)，前面提到九個(gè)方面都有設(shè)計(jì)，主要講尖臍的一些進(jìn)展。常用電池連接方式，包括串聯(lián)，先并后串，先串后并，混合串并聯(lián)結(jié)構(gòu)。大量在用的先并后串方式。先串后并方式儲(chǔ)能里也是大量在用，還有混合串聯(lián)結(jié)構(gòu)。到底哪種方式好，后面會(huì)給出結(jié)論。
電池模塊化設(shè)計(jì)，北京電動(dòng)環(huán)衛(wèi)車，50Ah單體4并30串電池組，Leaf純電動(dòng)車33Ah單體2并96串電池組，Volt增程式電動(dòng)車15Ah單體3并96串電池組，車輛需要多少裝多少，便于滿足用戶續(xù)航里程需求，做成模塊化，便于分布式管理控制，為了分布化維護(hù)。電池從車上淘汰之后，怎么二次利用，如果模塊化再次利用會(huì)有更好的效果?，F(xiàn)在寶馬在做這個(gè)事情，I3電池，淘汰之后，拿下來(lái)之后，能不能再用作儲(chǔ)能。如果按照整體當(dāng)成一個(gè)Pad來(lái)做，基本上沒有實(shí)現(xiàn)，做成模塊，拆了之后，可以重新利用。
這是關(guān)于串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的一些優(yōu)化方法?；旌蟿?dòng)力串并聯(lián)模塊化，我們認(rèn)為好一些。
另外，混合串并聯(lián)情況下，串聯(lián)環(huán)節(jié)的并聯(lián)成份，采用先串后并方法，便于電流預(yù)測(cè)。通過(guò)組合模塊電流重組方式、電池?zé)崮ど釛l件，可以分辨出每個(gè)電池衰退路徑什么樣，可以精確知道每個(gè)電池什么狀態(tài)。串聯(lián)形態(tài)下，影響衰退軌跡最大的因素，在于它的溫度場(chǎng)不一致，并聯(lián)不是這樣，并聯(lián)溫度場(chǎng)基本上一樣。但是并聯(lián)在高低兩端電流差異，會(huì)導(dǎo)致衰退路徑不一樣。電池表面特性完全不一樣?？赡茉瓉?lái)區(qū)間，大家都可以從5%到95%，衰退路徑不一樣，被迫把區(qū)間變小。如果考慮到電池衰退比例控制因素，我們覺得這種混合結(jié)構(gòu)更好一些。
第三個(gè)考慮的因素是均衡效果，先串后并連接方式，可以知道每個(gè)單體功能狀態(tài)，可以最好發(fā)揮效果。發(fā)揮電池組最大可用容量，電池利用飽滿，可以通過(guò)電池維護(hù)，保持模塊功能。無(wú)論控制還是均衡來(lái)說(shuō)都是最好方式，最好做成模塊化，都是標(biāo)準(zhǔn)的，模塊之間可以通過(guò)混聯(lián)方式進(jìn)行。
我們?cè)贐MS方面開展一些工作，97年開始做，現(xiàn)在基本上已經(jīng)成熟了。現(xiàn)在按照整車要求開發(fā)車用。國(guó)外基本上日本、美國(guó)、韓國(guó)都有一些研究，并且有一些東西做得也非常不錯(cuò)。這是國(guó)內(nèi)的一些主要電池廠，還有電源廠家，大概主要是比亞迪自己本身有，還有哈爾貫拓。電池另外一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)SOC，十年前開始研究，現(xiàn)在為止入門有很多，真正進(jìn)入工業(yè)化實(shí)際應(yīng)用，大部分還是原來(lái)那種情況。最近有一些進(jìn)展，樂觀估計(jì)，完全工業(yè)化應(yīng)用，可以很高的精度，看一下一些總結(jié)，實(shí)際上前面的開環(huán)方法主要是一些安時(shí)積分法、開路電壓法、交流阻抗譜法、直流內(nèi)阻法，采用閉環(huán)方法計(jì)算比較復(fù)雜，可靠性比較差。
建立模型，按照誤差修正，基于SOC曲線修正。仔細(xì)分析了一下影響。BMS電壓和電流采樣精度，通過(guò)系統(tǒng)測(cè)量噪聲對(duì)SOC估計(jì)精度仿真分析，估計(jì)誤差保持5%以內(nèi)，BMS電壓檢測(cè)誤差控制5mV以內(nèi)，檢測(cè)芯片來(lái)說(shuō)不難達(dá)到，實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)車輛應(yīng)用，5mV能不能達(dá)到，要精心設(shè)計(jì)保證。
關(guān)于電池模型參數(shù)的誤差，簡(jiǎn)單的電池模型RPCP模型，結(jié)論是這樣的，這些模型參數(shù)包括內(nèi)阻Ro和Rp，極化電容Cp、電池容量Q、電池OCV-SOC曲線等，內(nèi)阻誤差對(duì)電池SOC估計(jì)精度影響最大，實(shí)際電池內(nèi)阻誤差可達(dá)到20%左右，由于造成COS估計(jì)誤差達(dá)5%以上，大倍率放電條件下誤差更大。極化電容Cp只影響電池SOC暫態(tài)誤差，穩(wěn)態(tài)誤差不受其影響。電池容量Q，電池衰退Q一定有影響，誤差仍然很小可以忽略，電池衰退從百分之百Q(mào)衰退到80%Q，不用修正，可以保證SOC達(dá)到很高精度。鋰電池OCV-SOC曲線也會(huì)受老化影響改變，這些誤差將導(dǎo)致5%以上的SOC估算誤差，及時(shí)修正OCV-SOC曲線，可以得到比較高精度。最后做測(cè)試情況，不管電池怎么衰退情況下，仍然可以保證OCV-SOC曲線精度很高，無(wú)論這個(gè)范圍之內(nèi)怎么衰退，無(wú)論怎么變，可以保證SOC誤差5%以內(nèi)。正在做功能化測(cè)試。如果80%Q以下，解決了SOC問題。
我們用三種觀測(cè)器：PI、Hoo、EKF，PI最好的，不僅計(jì)算簡(jiǎn)單，噪音抑制能力也是最強(qiáng)的。全生命周期內(nèi)高精度估計(jì)SOC工程化應(yīng)用解決方案。容易Q和極化電容Cp對(duì)SOC估計(jì)，通過(guò)實(shí)時(shí)控制，得到SOC比較高的精度。
我們也在加快做優(yōu)化充電技術(shù)。充電用二級(jí)模型，不是一級(jí)，得到一個(gè)方法，通過(guò)優(yōu)化控制極化電壓，得到快速充電效果。電池極化電壓特性，錳系電池和三元系，差不多都是一樣，我們主要在做這個(gè)，可以得出類似曲線。通過(guò)極化電壓限制，可以得到充電電流的邊界曲線。綜合考慮SOC曲線特性和變化特性，可以找到長(zhǎng)壽的充電電流曲線，這樣可以把每個(gè)點(diǎn)，跟前面相關(guān)的，聯(lián)系在一起，得到邊界曲線。最后驗(yàn)證結(jié)果，33.6分鐘，當(dāng)然可以更快，現(xiàn)在沒有做那么大，30分鐘內(nèi)，可以從2%到80%。0.5C72分鐘，1C126分鐘。
我們做了400次循環(huán)，0.5C恒流恒壓充電，衰退率2.14%，我們?cè)O(shè)計(jì)2.02%，同樣方法，優(yōu)化充電1.4小時(shí)，可以比較快充電，延長(zhǎng)堅(jiān)持壽命。
均衡控制跟衰退軌跡是相關(guān)的，我們電池的唯一能夠均衡的是最大限度永遠(yuǎn)所有電池SOC保持同樣范圍，這樣電池利用率最高。如果電池容量有差異的話，不可能通過(guò)均衡來(lái)解決，所以只能控制SOC。不同衰退情況下，控制策略不太一樣?？匆幌陆Y(jié)論，均衡前和均衡后的充電曲線，可以看出來(lái)，均衡后明顯看出來(lái)好的多，充電后的SOC看出來(lái)，均衡前92.2%，均衡后96.6%，均衡前標(biāo)準(zhǔn)差2.3%，均衡后標(biāo)準(zhǔn)差3.6%。單次4%不算大，但是用兩千次4%是很大的容量。單體電池0到百分之百，重組之后，從5%到95%，均衡做得好，永遠(yuǎn)保持5%到95%，90%左右，做的不好的話，保持10%到90%，可能是80%。
簡(jiǎn)單介紹一下，我們正在做的一些工作，利用大數(shù)據(jù)的技術(shù)，電池運(yùn)行狀態(tài)和安裝性評(píng)估，電池容量越來(lái)越大，所以可以接歷史數(shù)據(jù)，對(duì)電池做預(yù)測(cè)，現(xiàn)在所有在實(shí)驗(yàn)室做的電池，剩余預(yù)測(cè)完之后電池壽命怎么樣，都是不可靠。實(shí)驗(yàn)室做的結(jié)論，電池衰退某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，如果受到一個(gè)擾動(dòng)因素影響，包括溫度，突然電流或者漏電，電流控制完全不受控制，通過(guò)大數(shù)據(jù)解決這個(gè)問題。動(dòng)力電池重組優(yōu)化技術(shù)，有一些進(jìn)展，還沒有完全做完。低溫快速加熱和保溫技術(shù)，北京這種地方冬天還是有一些問題，怎么樣低溫下用加熱方法，不是外部加空調(diào)來(lái)吹，效率太低，通過(guò)內(nèi)部加一些東西，控制電流，使得熱起來(lái)。動(dòng)力電池和電力電子深度融合的柔性成組技術(shù)，希望得到很好應(yīng)用，中有柔性中流輸電，這是最劃算的一種方法。
最后簡(jiǎn)單過(guò)一些應(yīng)用的一些結(jié)論。這是給出一種電池，奧運(yùn)、世博會(huì)我們都在做，也做了測(cè)試。根據(jù)結(jié)論，按照當(dāng)時(shí)價(jià)格，可以降低車用電池成本15%，通過(guò)儲(chǔ)能應(yīng)用，有一些新方法，安全性都不是問題，最大問題，拆了之后怎么重新組裝起來(lái)，撤了15%不夠，進(jìn)行重組。怎么樣把電池拿過(guò)來(lái)做儲(chǔ)能這是很大問題。其他的都不是問題。結(jié)論是降低車用電池成本15%，按照現(xiàn)有電能價(jià)格。
我的報(bào)告就這些，謝謝大家！
