发展新能源汽车 电池管理系统肩负重任

1、发展新能源汽车 电池管理系统肩负重任新能源汽车技术的核心和本质在于其关键零部件技术和关键零部件技术基础上的整车集成 技术, 只有全面解决电机、 电池及电池管理系统等关键零部件技术难题, 才有可能实现新能 源汽车的大发展。本报记者 于丹摄影报道国务院近期发布的汽车产业调整和振兴规划提出,到2011年,“新能源汽车专 用零部件技术达到国际先进水平。 重点支持新能源汽车动力模块产业化。 掌握新能源汽车专 用发动机和动力模块 (电机、电池及管理系统等 的优化设计技术、规模生产工艺和成本控 制技术”。“这一政策导向非常重要。”清华大学汽车工程系党委副书记林成涛近日向记者表示, “新能源汽车技术的核心和本

2、质在于其关键零部件技术和关键零部件技术基础上的整车集 成技术, 只有全面解决电机、 电池及电池管理系统等关键零部件技术难题, 才有可能实现新 能源汽车的大发展。”电池管理系统担负重要使命电池管理系统是新能源汽车必备的重要零部件, 与动力蓄电池组共同构成电池系统, 为 新能源汽车提供动力。 电池管理系统的具体任务主要包括采集电池组中单体电池的数据、 与 其他车上零部件进行数据通讯、 估计电池组的工作状态 (包括电池的荷电状态和健康状态 、 对电池实施热管理、 电池组之间单体的电量均衡、 电池系统故障诊断及报警6项, 有的还具 备充电管理的能力。北京航空航天大学机械学院材料加工与控制工程系主任齐铂

3、金指出, 电池管理系统对电 动汽车的重要性表现在3个方面:首先, 动力电池的安全运行是电动汽车安全、 可靠运行的 重要保障, 而电池管理系统是实时监测动力电池工作参数、 保证动力电池安全运行的关键系 统;其次,动力电池的合理使用有利于提高电动汽车的动力性、安全性,降低排放,整车依 据电池状态信息如动力电池的荷电状态、 可用功率等制定合适的控制策略, 而电池状态信息 的来源就是电池管理系统; 第三, 电池管理系统通过对动力电池工作参数的监测和对电池状 态的估计, 可以使动力电池工作在最佳工作区,避免过充和过放, 提高使用效率、 延长使用 寿命。“单体动力电池要保持一致性很难, 需要用电池管理系统

4、来补充。 可以说电池管理系统 使动力电池在电动汽车上的使用成为了可能, 因此电池管理系统是动力电池和电动汽车产业 快速发展的关键。”哈尔滨冠拓电源设备有限公司董事长娄阳向记者介绍。从研发走向应用经过国家“十五”、 “十一五”期间对电动汽车研发的支持, 国内很多高校、 科研院所 和企业积极开展电池管理系统的研发工作,并取得较大进展。据了解, 北京航空航天大学从2000年开始启动电池管理系统的研发工作, “九五” 末期研制开发出锂离子动力电池的均衡充电及管理系统, 并在东风纯电动轿车上试用。 此后, 北京航空航天大学配合国内多家动力电池研发单位承担了“十五”国家863计划电动汽 车重大专项和“十一

5、五”国家863计划节能与新能源汽车重大专项动力电池及其管理系 统的多项课题。据齐铂金介绍, 北京航空航天大学研制的集中控制式和分布式电池管理系统, 针对不同 的电池组采取合理的硬件结构形式。 如针对混合动力轿车体积小、 电池结构紧凑的特点, 开 发了集中控制式电池管理系统;针对混合动力客车或纯电动车电池多为分体式安装的特点, 开发了分布式电池管理系统。 同时, 在电池管理系统设计方面, 考虑到产业化批量生产的需 要,优化设计了电池管理系统的软硬件和结构。该校研制开发的产品在一汽、东风电动、重 庆长安、天津清源等企业得到实际应用,积累了丰富的经验,申报并获多项发明专利。北京交通大学电气工程学院副

6、教授张维戈参与了2008年北京奥运会纯电动大巴项 目。 据他介绍, 北京交通大学从1997年开始电动汽车充电和电池管理技术的研究, 依据 电池不同布局方式开发了集中式、 集散式和分散式电池管理系统, 先后在汕头国家电动汽车 试验示范区、东风混合动力客车、北京121路纯电动公交示范线、北京双电源无轨电车、 奥运用纯电动大巴、 世博会样车等项目上得到实际应用, 积累了大量装车经验和实际运行数 据。北大先行科技产业有限公司相关负责人介绍说, 在电池管理系统研发方面, 该公司通过 与北京交通大学合作,向客户提供电池包,包括电池、电池管理系统及电池箱。“目前我们 正在为北京市西城区电动环卫车提供电池包,

7、计划9月份推出30辆”。据娄阳介绍, 哈尔滨冠拓电源设备有限公司2003年开始进行电池管理系统的设计与 开发;2004年该公司自主研发的电动汽车充电站和电池管理系统被列入国家火炬计划, 并开始产品化应用; 2008年该公司的电池管理系统和充电机在奥运景观车北京前门 大街铛铛车上成功应用。 “目前公司的电池管理系统已经累计应用2000余套, 涉及电动 大巴、中巴、轿车、游艇、潜艇、深海探测装置、通信基站后备电源等领域,积累了大量的 应用数据和丰富的工程经验。 目前, 公司已与国内主要的动力锂电池厂商、 电动汽车厂商形 成密切合作关系, 产品在国内20多个省市得到应用, 并直接或间接出口美国、 日

8、本、 德国、 法国、英国、意大利、阿联酋、埃及等国家”。产业化需共同努力“从总体上看, 我国开发的大部分电池管理系统都达到了功能实现, 但在功能的完备性、 状态估计的准确性、 工程应用的可靠性上与丰田、 本田等具有成熟的新能源汽车规模化应用 经验的跨国汽车企业相比还存在明显差距。 ”林成涛认为, 电池系统是制约我国新能源汽车 产业化的关键瓶颈, 其中既包括电池组本身, 也包括电池管理系统。 而决定电池管理系统行 业发展的主要因素有三点, 一是电池管理系统功能的实现程度, 即技术水平; 二是新能源汽 车的产业化规模; 三是电池管理系统研制单位、 电池设计生产单位和整车企业之间的协作机 制。“在当

9、前动力电池性能还不能达到要求的情况下, 通过电池管理系统来弥补动力电池性 能的不足是一个有效的途径,但电池管理系统只能在有限范围内弥补动力电池性能的不足。成本和市场需求问题制约了当前电池管理系统行业的发展。 ”齐铂金建议, 官产学研各方应 进一步加大投入,促进电池管理系统技术的发展。“实现电池管理系统的产业化, 需要从电池管理系统技术研究、 电池管理系统联合开发 机制、提高电池管理系统的生产工艺水平等方面努力。”林成涛表示。张维戈介绍说,电池管理系统是一个多变量、非线性、强耦合的系统,需要电池生产、 管理和使用多方面的密切配合和技术攻关。 电池管理系统产业化方面, 由于不同企业的电池 存在较明

10、显的差异, 且电池性能逐步升级, 电池状态估算方法和使用方法都会随之变化, 这 给电池管理系统研发带来较大困难。 因此, 需要电池和电池管理系统生产企业密切配合, 深 入分析电池内部电化学本质和外部表现之间的联系,有效增强电池管理系统的性能。同时, 车辆电池包设计时应加强对电池的温度场的分析和测试, 完善电池箱内部结构和线速的优化 设计, 增强安全性和可靠性。 此外, 电池包的规格和接口标准化对于电池管理系统的产业化 也具有重要的推动作用。“由于电动汽车相关的动力电池、充电站、电池管理系统、电池箱等缺乏相应标准,造 成用户对电池管理系统需求的多样性, 带来了电池管理系统设计的多样性。 因此,

11、要实现新 能源汽车电池管理系统产业化, 首先应尽快制定电动汽车相关部件、 接口的标准。 ”娄阳表 示,目前该公司已具备批量化生产能力,其产品具有可靠性、稳定性好,性价比、满意度高 等特点。“电池管理系统行业的关键壁垒是整车企业对系统产品一致性、 可靠性、 安全性的严格 要求, 而中国在微处理器芯片领域的弱势地位是电池管理系统行业发展的最大障碍。 ”天相 投资顾问汽车分析师李孟海认为, 电池管理系统行业最重要的潜在进入者是汽车电控系统供 应商。 随着新能源汽车产销量继续上升, 电池管理系统行业的集中度将逐渐提升。 当新能源 汽车战略性产业逐渐培育成型,未来衡量一个城市或地区发展的标志可能不再是整

12、车企业, 而是包含电池管理系统在内的汽车电控系统企业。记者手记电池管理系统行业呼唤复合型人才于丹记者曾经在采访一位新能源汽车的大力倡导者时遭遇这样的尴尬面对记者的提问, 该人士反问:“什么是电池管理系统?”新能源汽车电池管理系统行业相对冷门, 了解的人 不多,专业人才更少,或许也是这一行业的尴尬。我国电池管理系统研发呈现出高校主导的局面。 随着新能源汽车的不断升温, 越来越多 的企业已经认识到电池管理系统在新能源汽车产业化过程中的重要作用, 看到其背后蕴藏的 巨大商机而渴望掘金; 但另一方面, 电池管理系统行业在整个汽车业相对冷门, 虽然“十五” 国家863计划电动汽车重大专项、 “十一五”国

13、家863计划节能与新能源汽车重大专项 的实施, 为我国汽车工业培养了一批懂得汽车电控技术、 电池及其管理系统技术、 电机及其 控制系统技术等新能源汽车核心技术所需的高端人才, 但是因为汽车产业上下游联动效应较弱, 使得该行业人才流失较为严重, 很多专业技术人才被迫转行, 而有着巨大人才需求的企 业却找不到这类人才。电池管理系统行业作为一个新兴的、 多学科交叉的行业, 对从业人员提出了较高的要求。 “电池管理系统行业的研发人员知识面要广, 不仅要熟悉动力电池的基本原理及其特性, 同 时还应对电动汽车的相关技术有所了解,还需具有电子技术、计算机技术、自动控制技术、 传感技术以及相关的软硬件设计等方面的知识和经验。” 北京航空航天大学机械学院材料 加工与控制工程系主任齐铂金表示。“仅仅懂得电池管理系统的硬件设计技术和软件设计技术还远远不够。 ”清华大学汽车 工程系党委副书记林成涛表示, 成为电池管理系统行业的核心技术人员, 必须在具备软硬件 设计技术的基础上全面掌握电池的工作特性, 同时深入了解整车对电池管理系统的要求。 在 产业化方面,还需要掌握规模化生产条件下降低产品成本的技能。“电池管理系统的研发过程体现了行业的知识密集型特点, 对人才和技术