电池电池组汽车电池管理注重效率 汽车级应用仍有多重障碍

电池管理注重效率 汽车级应用仍有多重障碍

时间:2011年12月01日
嘉宾: 凌力尔特公司(LinearTechnologyCorporation)信号调理部产品市场经理BrianBlack 德州仪器汽车电子混合信号产品市场开发经理刘鹏 北京奥思源科技有限公司总经理尹树生 北京核心动力科技 端口处理器技术Silicon Image推出新一代用于DTV的端口处理器产业广州市节能广州政府拨2000万人民币扶持LED照明产业处理器嵌入式灵活性Altera针对嵌入式系统配置功能启动嵌入式计划三星早稻会长三星李健熙:对明年的半导体和LCD表示担心技术全球资源技术全球化与自主创新研讨会在京举行运营商产品成熟博通市场总监:Femto未来2-3年大规模商用业务放大器半导体Zarlink 1500万美元向Tyco出售光通信业务芯片蓝牙业者联发科推杀手级芯片 再攻智能型手机海力士半导体厂气体外泄
嘉宾:
凌力尔特公司(LinearTechnologyCorporation)信号调理部产品市场经理BrianBlack
德州仪器汽车电子混合信号产品市场开发经理刘鹏
北京奥思源科技有限公司总经理尹树生
北京核心动力科技有限公司销售部经理王亮

   混合动力汽车为我国提供了赶超良机

●可以预计,在电池能量密度和效率方面的投资和改进工作将继续,HEV/EV市场在全球范围内将持续成长
   ●纯电动汽车作为一种“零排放”技术,为我国赶超国外技术提供了一个较好的平台

   BrianBlack:在推动混合动力汽车(HEV)和电动汽车(EV)发展的诸多因素中,对于气候变化的担心只是其中之一,另一个促进因素是提高能量效率并通过采用可替代能源来改善空气质量和减少排放,第三个推动因素则是人们希望在燃料能源的相对供应量发生改变时能更加容易地在之间进行切换。

   混合动力汽车和电动汽车仍然处于早期发展阶段,而且由于需要在汽车行驶距离、成本和用户友好性(例如再充电方法和时间)之间进行权衡,因此它们的发展道路也许会有所不同。然而可以预计的是,在电池能量密度和效率方面的投资和改进工作将继续,HEV/EV市场在全球范围内将持续成长。

   尹树生:2010年中国混合动力汽车市场的发展将呈现快速的增长态势,HEV/EV市场在全球范围内将持续成长。公务轿车和私家车应以纯电动车为发展主流,电池组以租赁的形式供给电动车用户,减少购车成本,降低使用和维护费用。

   该市场将以插入式混合动力公交客车为主流,即用较小的高效发电系统和较少的锂离子电池组为整车提供能量,这样的能量总体供给系统可以进一步降低混合动力系统的成本、体积和重量。除了油电混合动力汽车,另一种方案就是油气混合动力,就是由燃油发电机和高压气动力传动系统共同为整车提供动力。

王亮:纯电动汽车作为一种“零排放”技术,为我国赶超国外技术提供了一个较好的平台,国内外起步时间基本一致,在某些方面我国已经处于领先地位,具有较好的市场前景。结合当前的形势,可以预见,新能源汽车尤其是纯电动汽车技术必将在我国逐步成熟,市场也将逐渐完善与发展。我国只有充分利用长期在动力电池研究方面取得的成果,尤其是关键的动力电池和电池组技术上大力突破,才有可能较好地确立后发优势,在电动汽车技术上取得较大的飞跃。

我国新能源汽车发展模式

  电池管理单元提升电池使用效率

   ●电池计量管理是对电池的充放电量进行统计工作,并将数据提供给整车管理系统;充电管理单元为电池组充电、放电实施监测职能
   ●二次电池技术尤其是大功率动力电池技术仍然制约着新能源汽车的发展

   BrianBlack:虽然HEV和EV系统之间存在着重大的差异,不过对于准确能量测量和可靠运作的基本要求则是通用的。凌力尔特所制造的集成电路产品在这两种应用中均得到了使用。

  刘鹏:对HEV特别是EV来说,最大化利用储存电能是增加汽车行驶距离的关键。因此,有源电池平衡技术的发展势头迅猛。电池匹配的实现,不是将高电量电池放电至最低电量,而是将高电量电池的能量传输给低电量电池。这是通过德州仪器的POWERPump专利技术实现的,它在基本DC/CD转换器设置中使用一个小型电感和晶体管,获得约85%的效率。但是,锂离子电池也要求密切监控过压、欠压以及温度水平,以避免可能出现的火灾或爆炸。TI可提供高度集成的电池监控和平衡解决方案。

   尹树生:电池计量管理是对电池的充放电量进行统计工作,并将数据提供给整车管理系统;充电管理单元为电池组充电、放电实施监测职能,对电池组的每一个电池单元有检测温度、电压、电流、自放电均衡电压、数据发送的功能,并且依据动、静态电池单元参数的变化,提出电池的健康状况报告,对有问题隐患的单元提前报告处理方案和建议,并将电池组的数据记录进行保存或发送给整车管理系统。

   王亮:作为新能源汽车的核心部分,电池充电技术尤其是大功率动力电池充电技术仍然制约着新能源汽车的发展。目前,业内同行已从以前镍氢电池与锂离子电池的争论逐渐转向新型锂电池技术。磷酸铁锂电池以其高放电倍率、较好的稳定性和充放电性能等特性从动力电池领域中异军突起,逐渐占据了市场。

  电池结构取决于整车设计方案

   ●通过更多地使用电子器件,可以弥补电池生产差异并获得更好的电池匹配
   ●对于纯电动汽车与混合动力汽车而言,电池计量管理与充电管理存在着一定的不同

   BrianBlack:实现HEV或EV电池系统效率最大化的关键是负责控制电池组充电和放电周期的电池管理系统(BMS)。BMS的准确度决定了电池组的总可用能量,因而也就决定了HEV或EV的行驶距离。最新的电池化学组成具有非常平坦的放电曲线。我们预期这种趋势将继续,结果则是人们对于电池测量系统的准确度要求将越来越高。

   刘鹏:锂离子电池技术具有许多重要的优点,就混合动力汽车而言,需要高功率电池(W/kg)来产生所需的加速或扭矩助力,而且电池可以在运行期间通过内燃机工作或再生制动重新充电。就纯电动汽车而言,需要一种高能密度电池(Wh/kg)来达到最远行驶距离。在这两种情况下,都需要降低成本来取得大规模应用。通过更多地使用电子器件来弥补电池生产差异并获得更好的电池匹配,也可以解决这个问题。但是,越来越高的安全要求(ASIL-C认证)也正变得越来越重要。

   尹树生:混合动力汽车的电池结构取决于整车的设计方案。以插入式油电混合动力公交车系统为例,由于其电池容量增加,一般在200AH-300AH(一般油电混合动力客车采用50AH电池组,10倍率放电),可以减少电池的放电倍率,降低电池的生产成本,提高电池的寿命,也就可以减少整车投入成本,降低运营费用,提高运营利润。所以,电池组的发展将以高能量智能锂离子电池组为主,电池组的运行数据通过CAN总线或无线发送接收方式与整车管理系统互通。

   王亮:电池计量管理与充电管理技术是新能源汽车的重中之重。对于纯电动汽车与混合动力汽车而言,电池计量管理与充电管理存在着一定的不同。混合动力汽车电池容量较小,数量相对较少;而纯电动汽车完全依靠动力电池作为能量来源,对电池计量管理与充电管理要求较高,需要综合考虑电池在保存、温度保持、快速充放电系统、系统动态模拟等多个方面的情况,每一个环节都关系着动力系统的稳定,是一个复杂的综合性系统。就目前广泛使用的锂离子动力电池而言,使用安全性及寿命问题很大程度上制约了其市场的进一步扩大。

   高集成方案受推崇

   ●电池管理的电子器件会增加电池组的总成本,但是这种成本增加可通过使用更少匹配、更低成本的电池来弥补

   ●电动汽车能量流仿真系统为汽车厂家与科研院校研究纯电动汽车与混合动力汽车的内部能量流与优化控制参数提供了一个实验平台

   BrianBlack:凌力尔特是首家宣布推出适合下一代HEV和EV应用的集成化电池管理系统IC的供应商。为了提高系统的可靠性,许多BMS制造商采用了冗余系统监视电路。凌力尔特公司近期宣布推出的LTC6801适合于此类应用。该器件的运作未使用微处理器,而且不需要光耦合器或光隔离器。LTC6801能够监视12个串接电池组电池的过压和欠压情况,可以对多个LTC6801器件进行菊链式连接,从而提供一种监视长串串接电池中每节电池的方法。

   刘鹏:电池管理的电子器件会增加电池组的总成本,但是这种成本增加可通过使用更少匹配、更低成本的电池来弥补。另外,有源电池平衡等新功能将会更好地利用电池组,从而直接增加汽车的行驶距离。系统的高测量精度也日益重要,其可精确地计算出汽车的准确行驶距离。

   尹树生:北京奥思源的计量和管理产品正在进行实况测试,通过实测数据来分析总结出一套符合实际工况的计量和管理策略。我们的计量管理采用动静结合理念,数据可自我总结修正,确保计量精确,减少计量误差。管理单元遵循“短板”理论,把表现能力最差的电池单元及时发现,提前预警并报送整车管理系统。在充放电过程中,通过CAN总线,做到对充电机、电机控制器的有效监控,使电池组工作在安全的能力范围内。

   王亮:在电池组管理系统方面,为了对电池组进行软硬件双重实时、可靠、有效、合理地监控与管理,北京核心动力使用了专有技术“锂离子动力电池均衡保护模块”,其融合了现代控制理论、人工智能技术以及自适应模糊控制技术,从而最大限度地延长了电池组的使用寿命,并很好地解决了电池的使用安全问题。电动汽车能量流仿真系统为汽车厂家与科研院校研究纯电动汽车与混合动力汽车的内部能量流与优化控制参数提供了一个实验平台。通过这一平台,用户可以精确判断出车载电池组的能量变化情况,进而调整控制参数与控制策略。

   汽车级应用需跨越多重障碍

   ●市场对于较高准确度测量和集成化有源电池平衡功能的需求在不断攀升
   ●汽车电子产品正在走向低功耗、高集成度、高性能领域

   BrianBlack:市场对于较高准确度测量和集成化有源电池平衡功能的需求在不断攀升。我们已经见证了车用电子系统的种类和数量的显著增加,并且预计这种趋势将持续下去。凌力尔特将继续在针对下一代汽车应用的产品设计方面投入资金。我们还将一如既往地致力于保持和提升自身在产品质量和可靠性方面的领先地位,而这些在汽车应用中是极其重要的。

   尹树生:计量和充电管理产品在走向汽车级应用方面需要跨越整车控制策略、产品生产工艺、包装工艺等障碍才能被广泛采用。目前,主要面临产品设计沟通环节不畅通,电池厂、计量和充电管理单位、整车厂很少有良好的沟通环境,制约了整个混合动力汽车产业的发展。所以,创造良好的沟通、体验环境是目前发展面临的最大困难,良好的可以同台竞技的环境能够有效加速产品走向汽车级应用。

   王亮:随着汽车的高度电子化,包括发动机周边部件引进电子控制技术的范围增大,汽车电子装置日趋多样化,单个汽车搭载的电子零部件数量每年都在增加,一台汽车的电子零部件数总计可达2万-3万个。因此,汽车电子产品正在走向低功耗、高集成度、高性能领域,并遵循摩尔定律不断前进。

   可以预见,随着技术的进步,新能源汽车将不断发展、完善,逐渐走向成熟,新能源汽车的市场也将不断开拓壮大,与此相配套的技术服务也将不断发展、成熟。

   兼容和标准化是电池管理关键 Frost&Sullivan公司林华梁

   目前,国内混合动力汽车产业还处于起步阶段,销量非常小。究其原因包括车型较少、售价太高、国家补贴政策力度不够、其他新能源车型的竞争等。目前,国内外很多汽车厂商都把目光放在纯电动汽车上,而有些忽略技术更为成熟的混合动力汽车。我们认为在政府开始对普通消费者进行大规模补贴或混合动力车实现国产化并降低价格之前,混合动力车在中国很难有非常好的发展。

   电池计量管理与充电管理针对纯电动汽车来说更有意义。

   首先,从车载电池本身的安全和耐久性方面考虑,电池需要2套管理系统:一套专门用来监控电池的温度,温度控制单元利用冷却液来保持电池组的工作温度。此外,电池组是由大量电池单元串联而成的,在普通充电或动能回收充电状态下,需要有一套系统来确保每一个电池单元充电以后的电压不超过其设定的最高值,否则会引起电池的热失效。这两方面的技术基本上都掌握在国外零部件厂商手中,中国本土零部件厂商如要有突破,势必要在研发上下很大的力气。

   其次,从充电站的角度来看,电池计量是指为电动车或插电式混合动力车确定电池容量所必需的计量工具,当消费者驾驶待充电的车辆来充电站进行充电时,电池计量可以准确测量消费者在充电站获取了多少千瓦时的电。不过随着batteryswap(电池交换)模式的推广,消费者未来可以在充电站内更换电池,通常消费者更换电池时他自有的电池并未完全消耗完,比如当电池容量为10%和电池容量为20%时消费者更换电池的成本肯定不一样,这就要求未来的电池计量需要提供测定电池现有容量的功能。

   现阶段电动车主要采取磷酸铁锂电池和锰酸锂电池,插电式混合动力车则主要是镍氢电池,所以电池计量管理需要对不同类型的电池具有兼容性。同时,电动车和插电式混合动力车的充电设施不会是相互孤立的,充电站将同时服务于两者,所以充电管理单元的设计需要同时服务电动车与插电式混合动力车。
我们认为电池计量与充电管理产业的健康发展,是建立在和整车企业及充电站运营商之间的良好沟通上。电池计量与充电管理产品的开发需要紧随整车企业及充电站运营商的需求,只有在此基础上其产品才能服务好终端消费者。

   目前电动车及插电式混合动力车电池标准的不统一是计量和充电管理产品面临的主要障碍。工业和信息化部在2009年6月将锂电池界定为处于发展期,这意味着锂电池在电动车领域的应用及规格标准的制定尚需时日。在尚无切实可行的统一电池标准的前提下,计量和充电管理产品在设计上很容易迷失方向,误入歧途。所以,加强标准化工作是目前的重中之重。

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