《電子技術(shù)應(yīng)用》
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充電管理注重效率 汽車級(jí)應(yīng)用仍有多重障礙

2016-02-23
關(guān)鍵詞: 電池能量 發(fā)電機(jī)

  嘉賓:

  凌力爾特公司(LinearTechnologyCorporation)信號(hào)調(diào)理部產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理BrianBlack

  德州儀器汽車電子混合信號(hào)產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)發(fā)經(jīng)理劉鵬

  北京奧思源科技有限公司總經(jīng)理尹樹(shù)生

  北京核心動(dòng)力科技有限公司銷售部經(jīng)理王亮

  混合動(dòng)力汽車為我國(guó)提供了趕超良機(jī)

  ●可以預(yù)計(jì),在電池能量密度和效率方面的投資和改進(jìn)工作將繼續(xù),HEV/EV市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)將持續(xù)成長(zhǎng)

  ●純電動(dòng)汽車作為一種“零排放”技術(shù),,為我國(guó)趕超國(guó)外技術(shù)提供了一個(gè)較好的平臺(tái)

  BrianBlack:在推動(dòng)混合動(dòng)力汽車(HEV)和電動(dòng)汽車(EV)發(fā)展的諸多因素中,,對(duì)于氣候變化的擔(dān)心只是其中之一,,另一個(gè)促進(jìn)因素是提高能量效率并通過(guò)采用可替代能源來(lái)改善空氣質(zhì)量和減少排放,,第三個(gè)推動(dòng)因素則是人們希望在燃料能源的相對(duì)供應(yīng)量發(fā)生改變時(shí)能更加容易地在之間進(jìn)行切換。

  混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車仍然處于早期發(fā)展階段,,而且由于需要在汽車行駛距離,、成本和用戶友好性(例如再充電方法和時(shí)間)之間進(jìn)行權(quán)衡,因此它們的發(fā)展道路也許會(huì)有所不同,。然而可以預(yù)計(jì)的是,,在電池能量密度和效率方面的投資和改進(jìn)工作將繼續(xù),HEV/EV市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)將持續(xù)成長(zhǎng),。

  尹樹(shù)生:2010年中國(guó)混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)的發(fā)展將呈現(xiàn)快速的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),,HEV/EV市場(chǎng)在全球范圍內(nèi)將持續(xù)成長(zhǎng)。公務(wù)轎車和私家車應(yīng)以純電動(dòng)車為發(fā)展主流,,電池組以租賃的形式供給電動(dòng)車用戶,,減少購(gòu)車成本,降低使用和維護(hù)費(fèi)用,。

  該市場(chǎng)將以插入式混合動(dòng)力公交客車為主流,,即用較小的高效發(fā)電系統(tǒng)和較少的鋰離子電池組為整車提供能量,,這樣的能量總體供給系統(tǒng)可以進(jìn)一步降低混合動(dòng)力系統(tǒng)的成本、體積和重量,。除了油電混合動(dòng)力汽車,另一種方案就是油氣混合動(dòng)力,,就是由燃油發(fā)電機(jī)和高壓氣動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)共同為整車提供動(dòng)力,。

  王亮:純電動(dòng)汽車作為一種“零排放”技術(shù),為我國(guó)趕超國(guó)外技術(shù)提供了一個(gè)較好的平臺(tái),,國(guó)內(nèi)外起步時(shí)間基本一致,,在某些方面我國(guó)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位,具有較好的市場(chǎng)前景,。結(jié)合當(dāng)前的形勢(shì),,可以預(yù)見(jiàn),新能源汽車尤其是純電動(dòng)汽車技術(shù)必將在我國(guó)逐步成熟,,市場(chǎng)也將逐漸完善與發(fā)展,。我國(guó)只有充分利用長(zhǎng)期在動(dòng)力電池研究方面取得的成果,尤其是關(guān)鍵的動(dòng)力電池和電池組技術(shù)上大力突破,,才有可能較好地確立后發(fā)優(yōu)勢(shì),,在電動(dòng)汽車技術(shù)上取得較大的飛躍。

  我國(guó)新能源汽車發(fā)展模式

  電池管理單元提升電池使用效率

  ●電池計(jì)量管理是對(duì)電池的充放電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)工作,,并將數(shù)據(jù)提供給整車管理系統(tǒng),;充電管理單元為電池組充電、放電實(shí)施監(jiān)測(cè)職能

  ●二次電池技術(shù)尤其是大功率動(dòng)力電池技術(shù)仍然制約著新能源汽車的發(fā)展

  BrianBlack:雖然HEV和EV系統(tǒng)之間存在著重大的差異,,不過(guò)對(duì)于準(zhǔn)確能量測(cè)量和可靠運(yùn)作的基本要求則是通用的,。凌力爾特所制造的集成電路產(chǎn)品在這兩種應(yīng)用中均得到了使用。

  劉鵬:對(duì)HEV特別是EV來(lái)說(shuō),,最大化利用儲(chǔ)存電能是增加汽車行駛距離的關(guān)鍵,。因此,有源電池平衡技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭迅猛,。電池匹配的實(shí)現(xiàn),,不是將高電量電池放電至最低電量,而是將高電量電池的能量傳輸給低電量電池,。這是通過(guò)德州儀器的POWERPump專利技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,,它在基本DC/CD轉(zhuǎn)換器設(shè)置中使用一個(gè)小型電感和晶體管,獲得約85%的效率,。但是,,鋰離子電池也要求密切監(jiān)控過(guò)壓、欠壓以及溫度水平,,以避免可能出現(xiàn)的火災(zāi)或爆炸,。TI可提供高度集成的電池監(jiān)控和平衡解決方案,。

  尹樹(shù)生:電池計(jì)量管理是對(duì)電池的充放電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)工作,并將數(shù)據(jù)提供給整車管理系統(tǒng),;充電管理單元為電池組充電,、放電實(shí)施監(jiān)測(cè)職能,對(duì)電池組的每一個(gè)電池單元有檢測(cè)溫度,、電壓,、電流、自放電均衡電壓,、數(shù)據(jù)發(fā)送的功能,,并且依據(jù)動(dòng)、靜態(tài)電池單元參數(shù)的變化,,提出電池的健康狀況報(bào)告,,對(duì)有問(wèn)題隱患的單元提前報(bào)告處理方案和建議,并將電池組的數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行保存或發(fā)送給整車管理系統(tǒng),。

  王亮:作為新能源汽車的核心部分,,電池充電技術(shù)尤其是大功率動(dòng)力電池充電技術(shù)仍然制約著新能源汽車的發(fā)展。目前,,業(yè)內(nèi)同行已從以前鎳氫電池與鋰離子電池的爭(zhēng)論逐漸轉(zhuǎn)向新型鋰電池技術(shù),。磷酸鐵鋰電池以其高放電倍率、較好的穩(wěn)定性和充放電性能等特性從動(dòng)力電池領(lǐng)域中異軍突起,,逐漸占據(jù)了市場(chǎng),。

  電池結(jié)構(gòu)取決于整車設(shè)計(jì)方案

  ●通過(guò)更多地使用電子器件,可以彌補(bǔ)電池生產(chǎn)差異并獲得更好的電池匹配

  ●對(duì)于純電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車而言,電池計(jì)量管理與充電管理存在著一定的不同

  BrianBlack:實(shí)現(xiàn)HEV或EV電池系統(tǒng)效率最大化的關(guān)鍵是負(fù)責(zé)控制電池組充電和放電周期的電池管理系統(tǒng)(BMS),。BMS的準(zhǔn)確度決定了電池組的總可用能量,,因而也就決定了HEV或EV的行駛距離。最新的電池化學(xué)組成具有非常平坦的放電曲線,。我們預(yù)期這種趨勢(shì)將繼續(xù),,結(jié)果則是人們對(duì)于電池測(cè)量系統(tǒng)的準(zhǔn)確度要求將越來(lái)越高。

  劉鵬:鋰離子電池技術(shù)具有許多重要的優(yōu)點(diǎn),,就混合動(dòng)力汽車而言,,需要高功率電池(W/kg)來(lái)產(chǎn)生所需的加速或扭矩助力,而且電池可以在運(yùn)行期間通過(guò)內(nèi)燃機(jī)工作或再生制動(dòng)重新充電,。就純電動(dòng)汽車而言,,需要一種高能密度電池(Wh/kg)來(lái)達(dá)到最遠(yuǎn)行駛距離。在這兩種情況下,,都需要降低成本來(lái)取得大規(guī)模應(yīng)用,。通過(guò)更多地使用電子器件來(lái)彌補(bǔ)電池生產(chǎn)差異并獲得更好的電池匹配,也可以解決這個(gè)問(wèn)題,。但是,,越來(lái)越高的安全要求(ASIL-C認(rèn)證)也正變得越來(lái)越重要,。

  尹樹(shù)生:混合動(dòng)力汽車的電池結(jié)構(gòu)取決于整車的設(shè)計(jì)方案。以插入式油電混合動(dòng)力公交車系統(tǒng)為例,,由于其電池容量增加,,一般在200AH-300AH(一般油電混合動(dòng)力客車采用50AH電池組,10倍率放電),,可以減少電池的放電倍率,,降低電池的生產(chǎn)成本,提高電池的壽命,,也就可以減少整車投入成本,降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用,,提高運(yùn)營(yíng)利潤(rùn),。所以,電池組的發(fā)展將以高能量智能鋰離子電池組為主,,電池組的運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線或無(wú)線發(fā)送接收方式與整車管理系統(tǒng)互通,。

  王亮:電池計(jì)量管理與充電管理技術(shù)是新能源汽車的重中之重。對(duì)于純電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車而言,,電池計(jì)量管理與充電管理存在著一定的不同,。混合動(dòng)力汽車電池容量較小,,數(shù)量相對(duì)較少,;而純電動(dòng)汽車完全依靠動(dòng)力電池作為能量來(lái)源,對(duì)電池計(jì)量管理與充電管理要求較高,,需要綜合考慮電池在保存,、溫度保持、快速充放電系統(tǒng),、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬等多個(gè)方面的情況,,每一個(gè)環(huán)節(jié)都關(guān)系著動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定,是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng),。就目前廣泛使用的鋰離子動(dòng)力電池而言,,使用安全性及壽命問(wèn)題很大程度上制約了其市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大。

  高集成方案受推崇

  ●電池管理的電子器件會(huì)增加電池組的總成本,,但是這種成本增加可通過(guò)使用更少匹配,、更低成本的電池來(lái)彌補(bǔ)

  ●電動(dòng)汽車能量流仿真系統(tǒng)為汽車廠家與科研院校研究純電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車的內(nèi)部能量流與優(yōu)化控制參數(shù)提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

  BrianBlack:凌力爾特是首家宣布推出適合下一代HEV和EV應(yīng)用的集成化電池管理系統(tǒng)IC的供應(yīng)商。為了提高系統(tǒng)的可靠性,,許多BMS制造商采用了冗余系統(tǒng)監(jiān)視電路,。凌力爾特公司近期宣布推出的LTC6801適合于此類應(yīng)用。該器件的運(yùn)作未使用微處理器,,而且不需要光耦合器或光隔離器,。LTC6801能夠監(jiān)視12個(gè)串接電池組電池的過(guò)壓和欠壓情況,,可以對(duì)多個(gè)LTC6801器件進(jìn)行菊鏈?zhǔn)竭B接,從而提供一種監(jiān)視長(zhǎng)串串接電池中每節(jié)電池的方法,。

  劉鵬:電池管理的電子器件會(huì)增加電池組的總成本,,但是這種成本增加可通過(guò)使用更少匹配、更低成本的電池來(lái)彌補(bǔ),。另外,,有源電池平衡等新功能將會(huì)更好地利用電池組,從而直接增加汽車的行駛距離,。系統(tǒng)的高測(cè)量精度也日益重要,,其可精確地計(jì)算出汽車的準(zhǔn)確行駛距離。

  尹樹(shù)生:北京奧思源的計(jì)量和管理產(chǎn)品正在進(jìn)行實(shí)況測(cè)試,,通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分析總結(jié)出一套符合實(shí)際工況的計(jì)量和管理策略,。我們的計(jì)量管理采用動(dòng)靜結(jié)合理念,數(shù)據(jù)可自我總結(jié)修正,,確保計(jì)量精確,,減少計(jì)量誤差。管理單元遵循“短板”理論,,把表現(xiàn)能力最差的電池單元及時(shí)發(fā)現(xiàn),,提前預(yù)警并報(bào)送整車管理系統(tǒng)。在充放電過(guò)程中,,通過(guò)CAN總線,,做到對(duì)充電機(jī)、電機(jī)控制器的有效監(jiān)控,,使電池組工作在安全的能力范圍內(nèi),。

  王亮:在電池組管理系統(tǒng)方面,為了對(duì)電池組進(jìn)行軟硬件雙重實(shí)時(shí),、可靠,、有效、合理地監(jiān)控與管理,,北京核心動(dòng)力使用了專有技術(shù)“鋰離子動(dòng)力電池均衡保護(hù)模塊”,,其融合了現(xiàn)代控制理論、人工智能技術(shù)以及自適應(yīng)模糊控制技術(shù),,從而最大限度地延長(zhǎng)了電池組的使用壽命,,并很好地解決了電池的使用安全問(wèn)題。電動(dòng)汽車能量流仿真系統(tǒng)為汽車廠家與科研院校研究純電動(dòng)汽車與混合動(dòng)力汽車的內(nèi)部能量流與優(yōu)化控制參數(shù)提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),。通過(guò)這一平臺(tái),,用戶可以精確判斷出車載電池組的能量變化情況,進(jìn)而調(diào)整控制參數(shù)與控制策略。

  汽車級(jí)應(yīng)用需跨越多重障礙

  ●市場(chǎng)對(duì)于較高準(zhǔn)確度測(cè)量和集成化有源電池平衡功能的需求在不斷攀升

  ●汽車電子產(chǎn)品正在走向低功耗,、高集成度,、高性能領(lǐng)域

  BrianBlack:市場(chǎng)對(duì)于較高準(zhǔn)確度測(cè)量和集成化有源電池平衡功能的需求在不斷攀升。我們已經(jīng)見(jiàn)證了車用電子系統(tǒng)的種類和數(shù)量的顯著增加,,并且預(yù)計(jì)這種趨勢(shì)將持續(xù)下去,。凌力爾特將繼續(xù)在針對(duì)下一代汽車應(yīng)用的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面投入資金。我們還將一如既往地致力于保持和提升自身在產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性方面的領(lǐng)先地位,,而這些在汽車應(yīng)用中是極其重要的,。

  尹樹(shù)生:計(jì)量和充電管理產(chǎn)品在走向汽車級(jí)應(yīng)用方面需要跨越整車控制策略、產(chǎn)品生產(chǎn)工藝,、包裝工藝等障礙才能被廣泛采用,。目前,主要面臨產(chǎn)品設(shè)計(jì)溝通環(huán)節(jié)不暢通,,電池廠,、計(jì)量和充電管理單位、整車廠很少有良好的溝通環(huán)境,,制約了整個(gè)混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以,,創(chuàng)造良好的溝通,、體驗(yàn)環(huán)境是目前發(fā)展面臨的最大困難,良好的可以同臺(tái)競(jìng)技的環(huán)境能夠有效加速產(chǎn)品走向汽車級(jí)應(yīng)用,。

  王亮:隨著汽車的高度電子化,,包括發(fā)動(dòng)機(jī)周邊部件引進(jìn)電子控制技術(shù)的范圍增大,汽車電子裝置日趨多樣化,,單個(gè)汽車搭載的電子零部件數(shù)量每年都在增加,,一臺(tái)汽車的電子零部件數(shù)總計(jì)可達(dá)2萬(wàn)-3萬(wàn)個(gè)。因此,,汽車電子產(chǎn)品正在走向低功耗,、高集成度、高性能領(lǐng)域,,并遵循摩爾定律不斷前進(jìn),。

  可以預(yù)見(jiàn),隨著技術(shù)的進(jìn)步,,新能源汽車將不斷發(fā)展,、完善,逐漸走向成熟,,新能源汽車的市場(chǎng)也將不斷開(kāi)拓壯大,,與此相配套的技術(shù)服務(wù)也將不斷發(fā)展、成熟。

  兼容和標(biāo)準(zhǔn)化是電池管理關(guān)鍵  Frost&Sullivan公司林華梁

  目前,,國(guó)內(nèi)混合動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)還處于起步階段,,銷量非常小。究其原因包括車型較少,、售價(jià)太高,、國(guó)家補(bǔ)貼政策力度不夠、其他新能源車型的競(jìng)爭(zhēng)等,。目前,,國(guó)內(nèi)外很多汽車廠商都把目光放在純電動(dòng)汽車上,而有些忽略技術(shù)更為成熟的混合動(dòng)力汽車,。我們認(rèn)為在政府開(kāi)始對(duì)普通消費(fèi)者進(jìn)行大規(guī)模補(bǔ)貼或混合動(dòng)力車實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化并降低價(jià)格之前,,混合動(dòng)力車在中國(guó)很難有非常好的發(fā)展。

  電池計(jì)量管理與充電管理針對(duì)純電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)更有意義,。

  首先,,從車載電池本身的安全和耐久性方面考慮,電池需要2套管理系統(tǒng):一套專門用來(lái)監(jiān)控電池的溫度,,溫度控制單元利用冷卻液來(lái)保持電池組的工作溫度,。此外,電池組是由大量電池單元串聯(lián)而成的,,在普通充電或動(dòng)能回收充電狀態(tài)下,,需要有一套系統(tǒng)來(lái)確保每一個(gè)電池單元充電以后的電壓不超過(guò)其設(shè)定的最高值,否則會(huì)引起電池的熱失效,。這兩方面的技術(shù)基本上都掌握在國(guó)外零部件廠商手中,,中國(guó)本土零部件廠商如要有突破,勢(shì)必要在研發(fā)上下很大的力氣,。

  其次,,從充電站的角度來(lái)看,電池計(jì)量是指為電動(dòng)車或插電式混合動(dòng)力車確定電池容量所必需的計(jì)量工具,,當(dāng)消費(fèi)者駕駛待充電的車輛來(lái)充電站進(jìn)行充電時(shí),,電池計(jì)量可以準(zhǔn)確測(cè)量消費(fèi)者在充電站獲取了多少千瓦時(shí)的電。不過(guò)隨著batteryswap(電池交換)模式的推廣,,消費(fèi)者未來(lái)可以在充電站內(nèi)更換電池,,通常消費(fèi)者更換電池時(shí)他自有的電池并未完全消耗完,比如當(dāng)電池容量為10%和電池容量為20%時(shí)消費(fèi)者更換電池的成本肯定不一樣,,這就要求未來(lái)的電池計(jì)量需要提供測(cè)定電池現(xiàn)有容量的功能,。

  現(xiàn)階段電動(dòng)車主要采取磷酸鐵鋰電池和錳酸鋰電池,插電式混合動(dòng)力車則主要是鎳氫電池,,所以電池計(jì)量管理需要對(duì)不同類型的電池具有兼容性,。同時(shí),電動(dòng)車和插電式混合動(dòng)力車的充電設(shè)施不會(huì)是相互孤立的,充電站將同時(shí)服務(wù)于兩者,,所以充電管理單元的設(shè)計(jì)需要同時(shí)服務(wù)電動(dòng)車與插電式混合動(dòng)力車,。

  我們認(rèn)為電池計(jì)量與充電管理產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展,是建立在和整車企業(yè)及充電站運(yùn)營(yíng)商之間的良好溝通上,。電池計(jì)量與充電管理產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)需要緊隨整車企業(yè)及充電站運(yùn)營(yíng)商的需求,,只有在此基礎(chǔ)上其產(chǎn)品才能服務(wù)好終端消費(fèi)者。

  目前電動(dòng)車及插電式混合動(dòng)力車電池標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一是計(jì)量和充電管理產(chǎn)品面臨的主要障礙,。工業(yè)和信息化部在2009年6月將鋰電池界定為處于發(fā)展期,,這意味著鋰電池在電動(dòng)車領(lǐng)域的應(yīng)用及規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的制定尚需時(shí)日。在尚無(wú)切實(shí)可行的統(tǒng)一電池標(biāo)準(zhǔn)的前提下,,計(jì)量和充電管理產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上很容易迷失方向,,誤入歧途。所以,,加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化工作是目前的重中之重,。


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