市場動力電池

中國應加強動力電池開發并完善交流充電標準

電子工程世界綜合報道 2012-07-09 09:34

　　在6月26～27日深圳舉行的第三屆(2012)國際新能源汽車高峰論壇上，北汽福田汽車工程研究院副總工程師李峰分析了動力電池廠商開發時存在的普遍問題：

　　①對整車系統及運行工況缺乏了解;②只把動力電池作為孤立的零部件開發;③很少考慮與整車系統之間的相互影響，導致了系統層級的問題;④系統安全設計不足，缺乏FEMA分析，ASIL等級過低。

　　提高動力電池BMS軟件能力

　　對于市場現有動力電池系統存在的問題，他認為，大部分動力電池廠商的BMS軟件能力需要在以下4個方面提高：

　　1.BMS軟件開發模型采用傳統的C代碼，沒有采用基于模型開發的V模式。由于大量時間用于手工編寫代碼，在項目時間有限的情況下，導致算法開發、驗證測試的時間被壓縮，可能存在安全隱患。

　　2.軟件開發不是居于模型，無法建立程序的軟件架構，可移植性較差。

　　3.缺乏從單體測試項制訂、單體測試、數據分析、模型訓練、HIL測試、系統/車載測試的流程，因此，會影響軟件的可靠性。

　　4.動力電池是復雜、高度非線性的控制對象。溫度、放電電流、使用時間、單體一致性和SOC等因素都會對整個動力電池的壽命、性能和安全有很大影響。目前，很多動力電池廠商只是用一些簡單的曲線表示電池的技術特性，這將影響電池的性能及安全。由于這些曲線是單體電池而非電池組的，且缺乏低溫如-20℃、-30℃、-40℃的曲線，所以，整車廠商不得不重新對電池組進行全面、精確的測試，所得曲線特性與電池廠商提供的有很大差別。

　　例如，某廠商的電池組，單體壽命大于1800次，但電池組的壽命只有不到500次。這主要是BMS功能設計不足造成的。

　　動力電池BMS非汽車級的硬件設計

　　李峰還指出了業內目前存在的動力電池BMS非汽車級的硬件設計問題。

　　1. BMS大量采用非汽車級元件，即使在整車正常工作時，也有可能出現BMS系統部件失效的情況，進而導致整個系統出現問題。

　　2.相關產品生產質量保證不足，生產過程中只進行貼片及簡單測試后，就進入市場，產品生產可靠性太低，無法滿足汽車使用環境的要求。例如，低溫無法正常啟動，高溫燒毀，車內正常的電磁環境和溫漂過大等問題。

　　3.對汽車部件，尤其是電池系統這樣的高安全性產品PCB設計能力不足，無法滿足汽車產品安全和質量要求。例如，MARK設計不規范，較高速生產時，器件位置會發生偏移;焊錫大面積裸露，容易懸掛錫珠，降低產品可靠性，增加短路危險;過孔裸露在外，在汽車運行震動環境中，會有錫珠脫落，存在短路風險。

　　另外，對于電池模塊，由于前期的CAE/CAD分析不夠，目前很多電池的熱設計不足;布線不合理，這表現在電池組的不同位置模塊的電位差較大，增加了模塊間的差異。

　　李峰表示，基于上述考慮，福田新能源汽車所用的動力電池模塊具有較強的熱設計能力，保證了電池溫度場的梯度分布，確保電池的性能及壽命。還對動力電池模塊線束進行了優化設計，盡量減小線束對模塊的差異影響。

　　中國還沒有家庭電動車公用充電設施

　　自2009年以來，中國私人電動車數量僅為幾千輛，即使國家和地方政府的綜合補貼最高有6萬元，仍未能有效吸引用戶。寶馬集團新能源汽車充電系統項目經理Albrecht Pfeiffer認為：”這是由于缺少私人充電設備及對公共充電設備的關注。”

　　對于電動汽車的發展，Pfeiffer表示，只有家庭用車才能真正促進這一市場的大眾化普及。

　　電動汽車這種創新產品的價格較高，最先在高端市場推出，然后才會進入大眾市場。高端用戶需要的是良好的用戶體驗、便利和舒適度。這也意味著，家用電動汽車的充電問題在未來幾年將成為包括中國在內的全球市場的當務之急。必須在居民區建立面向大眾市場的路邊充電設施。

　　雖然中國已有一些充電設施，但面向私人用戶的充電樁沒有并網，處于閑置或關閉狀態。還有，中國的公共充電站沒有統一的計費系統;電動車示范運營城市的解決方案各自為政，沒有通用性。

　　目前，在歐美日的充電設施市場中，居民區充電占主流，后面依次是工作場所和公共場所。而中國由于家庭經濟結構和水平與上述國家有較大區別，因此很可能會有不同的優先級。

　　由于可隨時隨地充電，家庭和工作場所充電的情況占總數的80%。及時在供電量最低情況下，用戶也能在夜間實現滿充。

　　Pfeiffer建議中國的綜合充電設施，有必要按以下優先步驟逐步實現：住宅和別墅的家庭充電(無需單獨計量)，社區和停車場的私人充電(需單獨計量/計費)，購物中心和飯店等小型公共場所充電(需單獨計量/計費或免費)，高速路和加油站等公共場所快速充電(需單獨計量/計費)。

　　政府應制定停車場供電的相關政策、指導方針和補貼規定。如香港政府以授權租地經營業主、委員會和物業管理的方式，推進和鼓勵其在停車場、建筑周圍安裝充電設施。同時，政府還應制定統一的充電和計費標準，確保所有充電設備都能接上家用電表獨立使用。

　　目前，德國和美國的整車制造商推薦使用交直流聯合充電系統(CCS)，理由如圖1所示。中國和日本現在還沒有CCS系統。CCS將現有的各種交流連接器整合成一個系統，形成標準的全球通用的交直流充電界面(見圖2)。且從2017年起，歐洲整車商將只采用Type2/Combo2充電系統。

　圖1 德國和美國的整車制造商推薦使用交直流聯合充電系統(CCS)的理由

圖2 聯合充電連接器的概念

　　另外，對于中國的交流充電標準，Pfeiffer指出，其與國際標準相比有11處明顯區別，其中3處有安全隱患。中國目前還沒有對PWM(脈寬調制)占空比進行定義。已出臺的GB/T20234.2-2011標準中，刪去了PWM占空比的描述。最新版本的GB/T18487.1標準應包含PWM的占空比，而不用包括PWM的描述(見圖3)。不同占空比的共存會產生安全風險。如果高水平通信沒有PWM指示點，直流充電和現有Combo就不可能組合在一起。