动力锂电池综合管理系统―机械科学研究总院.

1、国际石油价格一直在高位运行，(2008年5月16日每桶超过127美元;美国高盛预计下半年油价将突破140美元)生态环境的日益恶化,推动了包括电动汽车在内的节能与新能源汽车的发展发展电动汽车的首要技术关键，仍是高性能新型动力电池系统新型动力锂电池的优良性能已经初步展现，并得到电动汽车产业界的高度关 注。在国家重点支持和市场双重推动下，动力锂电池关键技术和产业发展都取得了 重大进展。单体动力锂电池的性能，已经基本能够满足设计要求。新型动力锂电池的高功率密度、高能量密度，和长使用寿命等显著优势,给纯电动汽车、Plug-IN HEV、发展注入了新的活力当前，动力锂电池成组应用技术和设备研究严重滞后的问

2、题已经突显出来。 动力锂电池管理系统研究已经引起广泛关注。清楚认识当前研究工作存在的主要问题、对正确把握研究方向，制定科学的研究目标致关重要。当前，用户对新型动力锂电池安全性、经济性、均衡性的忧虑，是动力锂电池和电动汽车产业的发展急需解决的首要技术关键。由此，提出了动力电池管理系统关键技术研究课题。主要问题对动力锂电池的安全性、经济性和均衡性的认识，是正确制定研究方向和目标 的基础。下面就普遍关注的动力锂电池系统的安全性、经济性、均衡性问题发表一点看 法，供参考；并简要介绍当前动力锂电池综合管理系统研究的最新进展。要占 八、动力锂电池组的安全性、经济性、和均衡性问题;、电动汽车动力锂电池综合管

3、理系统研究的最新进展单体动力锂电池的安全性和主要技术指标已经基本能够满足设计要求。动力锂电池成组后安全性和使用寿命大幅下降主要是问题所致安全性问题试验证明，当充电电压超过 6V，电池外壳已发生破裂。400AH锂电池组实际状态（均衡性良好）51%的电池单体有过充电的危险有37%的电池有发生过充电的危险 400AH锂电池组32A充电状态（性能良好）若采用现有充电设备，83号有可能发生恶性故障83#电池上面的实例证明动力锂电池组的均衡性是相对的、暂时的、不稳定的；不均衡性是绝对的、永恒的。希望通过提高均衡 性指标是无法保障动力锂电池系统安全的。动力锂电池管理系统的基本要求是具有良好的电池；可有效防止

4、发生电池单体的问题现有充放电技术-（基于端电压 由于对电池的均衡性适应能力差；不能保证充 放电过程中不发生单体电池过充电、过放电、超温和过流问题；只能适应普通铅酸等非密封富液电池，不能用于新型动力锂电池。当前普遍存在将基于端电压的现有充放电技术和设备，用于动力锂电池组，导致发生部分单体电池严重过充电、过放电、过流和超温问题。是导致发生使用寿命缩短、甚至发生电池燃烧、炸裂等恶性事故的主要原因 锂电池组安全问题的致因:动力锂电池组：采用适应动力锂电池特点的，新型成组应用技术和设备；建立适应动力锂电池特点的技术支撑环境。基于容量S.O.C是无助于锂电池安全管理的。以基于容量S.O.C为重点的动力 电

5、池管理系统研究，缺乏可能成功的理论支持;作为学术上的探索，开展 S.O.C研究无可非议。但以产业化为基本目标的动力 电池系统产品研究，过度的S.O.C探索是否适宜值得商榷。若过度偏向不可能实现产品化的 S.O.C研究，可能浪费有限的宝贵资源和时动力电池的均衡性是相对的、暂时的，非稳定的提高电池组的均衡性,有利于有效电量的提高；但无助于防止发生过充电和过放电问题。均衡性问题适当提高均衡性技术指标要求,对促进锂电池技术持续发展是必须的但过高的均衡性技术指标要求，会显著提高制造成本，反而会对推广应用和产业发展产生负面影响不应将锂电池安全问题寄希望于提高均衡性。而应着力于适应动力锂电池特点的新型成组应

6、用技术和设备研究。 对均衡性的要求应与时具进。对任何产品的经济性评估，不应仅关心制造成本和采购成本；而应从全生命周期的经济性进行评估。虽然锂电池的采购成本仍高于铅电池,但从全生命周期经济性评估，动力锂电池系统已经具有显著优势。动力锂电池与VRLA经济性比较（1）项目单位锰酸锂动力电池铅酸水平电池单价（批量）元/Wh也4.0/ 272%也1.47 /100%电池系统价格万元/160KW.h也64.0 / 367%也23.5 /100%已取得试验数据万公里已超过 3万公里300%W1万公里/100%可行驶里程万公里 15 / 1500% 1 / 1008单位购置成本元/公里约4.27 / 18%2

7、3.50/ 100%系统重量吨 6 / 100湘对载荷损失吨0 / 100%4 / 0%以上为2006年以前的数据。动力锂电池电动汽车经济性评估（2）以XXX电动汽车为例：基本数据（2008年4月前）：采用动力锂电池系统和电池租赁模式；假设电动汽车与燃油汽车等价；采用20kw.h/100AH磷酸铁锂电池系统；电池工况循环寿命 120（次（厂家: 17280kw寿命期内可行驶： 17.2万公里分析取值（90%: 15.50km（年半 电池价格（不含BMS : 5.67万元百公里电池摊销费：36.60元/百公里百公里充电成本：4.00元/百公里：40.60元/百公里目电动汽车免税价当前油价油价到位

8、 863目标百公里能耗10 kwh10kwh约5公升约5公升10kwh单价2.81元/Wh2.81元/Wh5.68元/公升8.00元/公升2.00元/kwh电池摊消和充电40.60元 /100km40.60元/100km26.01 元/100km 银行利息（10%4.60元免息002.60元利润（5%2.30元1.50001.30元税收（5.5%2.23 元免税001.43元百公里能耗费用49.73元42.10元28.40元40.00元31.34元与当前油价比175 %148%100%-110 %与到位油价比 124 %105 %-100%78%燃有车与电 动车的经济性对比说明：磷酸铁锂电池9

9、元/AH （2.81元/wh,有望8元/AH （2.50元 /wh出租车每年行驶约10万公里,15万公里约1年半,贷款利息预计10%石油价格 以国际油价每桶100美元估计，2008年5月19日以达到127$新高结论性观点:1、成组应用技术和设备不适应动力锂电池特点，是成组动力锂电池安全性下 降和使用寿命缩短的主要原因；2、当前铅酸电池采购价格仍低于动力锂电池；但从全生命周期分析，动力锂 电池的经济性已具有显著优势。4、铅酸电池与锂电池比，运能损失约 100%;5、当前应以防止发生过充电、过放电、超温和过流为目标；以动力锂电池成组应用技术 和设备研究基为础；以系统集成为重点；着力于动力锂电池综合

10、管理系统研究。结论性观点最优技术路线研究新型成组应用技术和设备；构建适应动力锂电池特点的成组应用技术环境（综合管理系统）；通过对充、放电过程实施有效管理；确保不发生过充电、过放电、超温和过流 保障电池系统安全、经济、高效地运行。研究适应动力锂电池的成组应用新技术和新设备;实现包括:动力电池系统、新型充电系统（广义）、新型放电系统（广义）和维护管理系 统以标准化动力电池模块为基础的系统集成。主要内容对当前研究工作的看法1、过度注重S.O.C估计技术探索和提高采样精度，弱化甚至忽略了以安全为首要目标的充放电管理”是重点；2、研究目的和目标模糊，认识的统一还有待实践的检验的较长过程。（重效果且无轻信

11、宣传）。3、系统集成概念淡薄，仍停留在单元技术探索阶段 4、利益冲突致使资源整 合困难，低水平重复普遍。动力锂电池综合管理系统研究最新进展 机械科学研究总院以基于极端单体电池成组应用技和设备研究为重基础，依托国家“ 863”动汽车重大专项，在动力锂电池成组应用技术和设备研究上取得重要进展。经过6年左右的努力，基本完成了拥有7和核心技术专利，已经发布了 7个企业标准的新型动 力锂电池综合管理系统关键技术、关键设备研究和系统集成。充电控制模块放电控制模块充电控制模块放电控制模块控制系统数据支撑维护系统数据支撑蓄电池综合管理系统充电系统放电系统综合管理系统的基本构型面向现场的电池总成质量评估系统现有

12、BMS实为监测装置广义广义动力电池综合管理系统结构框图放电设备电机驱动器各类放电器充电设备地面充电机车载充电机车载发电机能量回收 导引电源制模块时钟制模块WH计计费模块SOC特征数据自动采样和记录电流采样端电压采样多功能采集卡电压采样温度采样动力电池多功能采集卡电压采样温度采样 动力电池LAM现场动力蓄电池质量评估系统以防止发生电池单体过充电、过放电、超温和过流问题，确保电池系统安全运 行为首要目标的智能化充、放电管理。基本功能充电设备额定容量： 100 KW系统采样通道:1110适应电池：磷酸铁锂、锰酸锂、镍氢、铅酸电压采样精度:1%电流采样精度：1% WDT精度：1%S.0.C估计精度:

13、4沌量计量精度:2%维护管理：面向现场的动力电池总成质量评估；电池租赁:计量计费和自动结算；与整车控制系统的接口：动力电池系统基本信息；辅助功能首家研究成功基于极端单体电池充放电新技术具有优良的不均衡性适应能力，不会发生过充 电、过放电、超温和过流问题。特点一：新技术（发明专利基于端电压充放电控制方充电控制：端电压工E冷+工I念+工q充电电涼放电控制:电池温度丁 Lk端电压u八工E-芒患+工反+工S七悴 f d=f fJ 1 1法电池不均衡性适应能力差,容易发生过充电问题。基于极端单体单池充放电控制方法不均衡性单体电池充电电压U辟j武中：卑库电池充电端电压 j甲体电池额定充电电压 J弃申申溢充

14、电电流电池磊度丁 g电池组靖电压以j电池最大允许充电电漩 T最高潟度屋高允讲磊度Uc 韭池组端电压U*_量高丸许充电端电压誥电2电监返I和质昼评估jOiCAMTC-BMQES适应特性好;不会发生过充电问题特点二、新设备（7个专利技术）基于极端单体电池智能化充电模式;向下兼容基于端电压充电模式;兼容锰酸锂、磷酸铁嫠等6种电池；电管理、放电管理、电池租赁计量计费智能化数据采录系统面向现场的动力电池总成质量评估系统充电机（站）监测系统；动力电池总成监测系统。特点三、系统集成度高CAN 接口公共充电机GC充电监控系统(CCS)6 2个帆位,DeviceNeL总裁CCS监控计算的首家发布了企业标准：Q/CAM001007-20