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超思维文艺:高精度BMS解决方案

来源:电动汽车资源网 日期:2018年1月23日 10:21

        1月16日,2018首届中国(成都)新能源汽车高峰论坛在成都盛大开幕。在第二届中国新能源汽车动力电池产业技术发展高峰论坛上,深圳市超思维电子股份有限公司执行副总经理文艺分析,BMS的发展跟新能源汽车的发展非常类似,都要经历一个成熟期。目前BMS跟新能源汽车正处于快速增长期阶段。他预计,2019年整个市场会进入成熟期,届时技术门槛会逐渐提高,掌握核心技术的企业会快速抢占市场。文艺在会上演讲的主要内容包括:BMS行业分析、BMS技术现状、超思维BMS解决方案。

        以下为文艺演讲全文(略有删减):

        一、BMS行业分析

        1、2015-2016年BMS市场处于成长早期,政策红利带来巨大的市场空间的同时也促使资本大量进入,BMS企业数量快速增长。

        2、2017年技术壁垒逐渐提高,掌握核心技术的企业快速抢占市场空间。预计2019年市场将会进入成熟期。

        3、目前电池系统占整车成本较高,而BMS作为电池系统的关键部件之一,降低其成本对降低电池系统成本也很重要。

        4、通过器件、平台通用化等技术设计可以降低开发成本,同时规模生产化后可以有效降低成本。    

        电池系统在整车占比成本非常高,BMS作为一个关键的器件,虽然成本占比不是最大,但是它对整个电池包系统的成本下降也有举足轻重的作用。因此,可以通过优选器件,包括平台通用化,通过前端的技术降本来降低整体的成本。

        以经营态势分类,目前BMS企业存在三类企业:第一类是像超思维这样的第三方的BMS企业,还有两类是整车以及动力电池企业。由于整车企业对工况理解更全面,因此在软件的调试包括软件的编制有他的优势。而动力电池企业有大量的电池积累数据,对电芯有一定的了解和认识。作为第三方的BMS企业,不仅掌控了BMS核心技术,还拥有完整的电子电控的专业开发体系,并可对成本和品质进行合理管控。未来车企或动力电池企业会与第三方BMS企业联合开发BMS应用层,但为了更合理的品质和成本的管控,在硬件和底层软件开发以及生产制造方面会更依赖专业第三方BMS企业。

        二、BMS技术现状

        电池管理系统的目的是实现电池组的安全、稳定、可靠、有效、经济的的使用。

        核心算法方面,对于相同容量的电池,SOC的估算精度高,可精确动态估计电池剩余容量,最大程度地提升动力电池系统的安全利用效能。所以,高精度的SOC估算可以相对有效地降低所需要的电池成本。但由于新能源汽车电池在使用过程中表现的高度非线性,使准确估计SOC具有很大难度。SOC算法是相关企业的核心竞争力之一。

        用这张非常直观的图可以看出来,一个达到了47千瓦时的电池包标称里程是300公里,一般跑下来就是240公里,如果应用了高精度SOC的算法,可以跑到280公里以上。但是使用过程当中表现出来的高度的非线性,具有不确定性,因此核心算法是我们的核心竞争力之一。

        第二方面是均衡控制。主动均衡技术相对比较复杂,成本也比较高,充电放电都有均衡,效率应该比较高。被动均衡比较简单,成本低,但是使用效率低,实现起来比较容易。随着我们这个电芯企业的电池的一致性的提升,均衡这方面的作用会越来越弱化。

        第三方面是安全功能。BMS在安全方面主要侧重于对电池的保护,以及防止高电压和高电流的泄漏,其所必备的功能有:过充过放电控制、高低温控制、碰撞断电及绝缘检测技术等多重安全保护技术。

        除了高压安全问题,电磁辐射、环境、机械和材料可靠性等问题对系统功能的安全实现是极为重要的,而当前主要遵照ISO26262标准体系中要求。依靠完善的研发体系、严谨的开发流程和规范化的软硬件设计标准保障产品的功能安全可靠。

        BMS专利申请情况

        BMS专利申请情况是容易被人忽视的一个方面,在下面的左图可以看出,发明专利占比专利申请总量50%,侧面反映电池管理系统作为新领域,技术发展方向尚未定型,仍具有较强的创新性。右边的图是申请的类型,我们发现电池管理系统的核心技术SOC估算、均衡和绝缘检测技术专利申请量占比较小,大部分为系统的硬件电路和系统结构相关专利,反映出行业尚未完成对核心专利的成熟布局。在三类核心技术中,均衡技术占比相对较大,反映出当前各企业对均衡技术的重视。

        SOC估算常用方法有电压估算、神经元网络算法、卡尔曼滤波算法,这些算法在实际上都有在应用。

        从国家的政策导向角度来看,这里实际上提了三个方面的要求:第一是SOC、SOP的估计误差绝对值≤3%,第二是单体电池之间的最大温差应≤2℃,第三是符合ISO 26262 ASIL-C 功能安全要求及行业标准要求。从未来发展趋势来看,行业需要一个更精准,误差更小,符合重大安全要求的BMS。

        三、超思维BMS解决方案

        超思维的BMS更强调可靠、精度、主动均衡、安全性能。这也是技术发展的趋势,它做到了模块化,短开发周期,以及低成本等。我们认为,一个完整的BMS系统应该包括:

        1)  精准的SOC、SOP、SOH估算;

        2)  有效的动态均衡控制策略;

        3)  容错、纠错机制;

        4)  基于安全的跛行模式。

        一个好模型,能够反应电池真实完整的动态特性,不随工况或时间而变,不随电池的老化程度而变。一个好算法,具有高精度和高鲁棒性,不随工况或者时间而变,不随电池的老化程度而变。具备全工况、全天候和全生命周期对电池SOC, SOP, SOH 进行实时在线估算能力。

        超思维高精度BMS实现

        在中国行业标准《QC/T 897-2011》条件下,超思维对SOC范围包括SOC≥80%、80%>SOC>30%和SOC≤30%三种条件下进行测试的结果表明,SOC估算精度误差<3%,远低于8%的限值。

除了SOC算法,主动均衡方面,超思维是基于变压器架构的电能转移的主动均衡技术。在绝缘监测方面,超思维用了不平衡桥的自适应算法,抗干扰能力强,能提高实时在线的检测精度。同时用大数据监控,采用最新的互联网大数据分析处理技术,精准的对车辆状态信息进行监控,使得产品处于一个比较领先的水平。

        此外,超思维采用业界领先的3V型开发模式,遵循ISO26262功能安全,在产品上市前超思维也做了大量的产品可靠性的实验,确保产品的稳定性、可靠性和一致性。

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