中國新能源汽車電池管理系統(tǒng)存很大缺陷
日期：2024-10-16 09:36:00 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：521如果問新能源汽車生產(chǎn)廠家最怕的是什么?可能很多人會(huì)回答“自燃”。確實(shí)，電動(dòng)汽車自燃不僅是企業(yè)的噩夢，也是整個(gè)行業(yè)的噩夢。究其原因，除電池本身問題外，控制電池運(yùn)行的電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，簡稱BMS)也起著關(guān)鍵作用。
某種程度上可以說，中國鋰電池的水平已經(jīng)不低，在生產(chǎn)規(guī)模上更是世界第一，很多先進(jìn)生產(chǎn)線均為進(jìn)口，硬件設(shè)施已經(jīng)屬于先進(jìn)水平。但是為什么很多電池用兩三年就不行了，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，一個(gè)重要的短板還是在BMS。
“以為電池已經(jīng)不行了，實(shí)際電芯還是好的，這暴露的是控制系統(tǒng)弱點(diǎn)。”德鋰龍(上海)電動(dòng)汽車技術(shù)開發(fā)有限公司總經(jīng)理黃馬庫斯這樣告訴記者。
BMS，通常被業(yè)內(nèi)稱為新能源汽車電池的“大腦”，與動(dòng)力電池組、整車控制系統(tǒng)共同構(gòu)成新能源汽車的三大核心技術(shù)。由于其在新能源汽車產(chǎn)業(yè)中特有的重要性，越來越受到業(yè)內(nèi)“追捧”，同時(shí)也蘊(yùn)藏了巨大商機(jī)。
國內(nèi)首次出現(xiàn)BMS研究在2000年左右，而產(chǎn)品真正出現(xiàn)市場大概也就只有四五年時(shí)間。記者了解了解到，BMS技術(shù)的不成熟性，成為新能源汽車進(jìn)一步發(fā)展亟待突破的瓶頸。
目前我國BMS產(chǎn)品的市場管理還處于“無序”階段，沒有國家統(tǒng)一的強(qiáng)制性檢測標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，我國BMS產(chǎn)品技術(shù)能力及設(shè)計(jì)理念方面與國外還存在很大差距，難以擔(dān)負(fù)未來新能源汽車實(shí)際應(yīng)用需求。
安全令與“心理安慰”
“對(duì)投入示范運(yùn)行的插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車要全部安裝車輛運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，特別是要加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池和燃料電池工作狀態(tài)的監(jiān)控。”
2011年8月18日，科技部、財(cái)政部、工信部和發(fā)改委等四部委在聯(lián)合發(fā)布的新能源汽車示范推廣“安全令”——《關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能與新能源汽車示范推廣安全管理工作的函》中如此強(qiáng)調(diào)。
“安全令”的頒布時(shí)機(jī)有點(diǎn)微妙。
當(dāng)年4月13日，一輛車牌號(hào)為“浙AT2618”的電動(dòng)出租車行駛至杭州武林路222號(hào)附近時(shí)突然發(fā)生自燃，整輛車子被燒得支離破碎。
6月8日，杭州市政府通報(bào)了眾泰電動(dòng)車自燃原因，作出“電池成組后未能滿足車輛使用環(huán)境的需求，出現(xiàn)電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況”的鑒定結(jié)果。
當(dāng)年參與事故調(diào)查的一位專家事后指出：“盡管中國在動(dòng)力電池、電機(jī)和控制系統(tǒng)等領(lǐng)域有一定的技術(shù)儲(chǔ)備優(yōu)勢，但這些技術(shù)優(yōu)勢是局部的、暫時(shí)的，在集成技術(shù)方面仍需要攻關(guān)?！?/p>
“安全令”所言的車輛運(yùn)行技術(shù)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)就是BMS，它與動(dòng)力電池組質(zhì)量同等重要，對(duì)于規(guī)避電池燃燒都起著至關(guān)重要的作用。
距離上述政策發(fā)布近兩年后，目前我國的BMS發(fā)展現(xiàn)狀又是如何呢?
“目前在我國，BMS已經(jīng)是新能源汽車的‘標(biāo)配’部件，對(duì)于降低消費(fèi)者對(duì)于電池安全的擔(dān)憂起著極其重要的‘心理安慰’作用，可是沒有一家企業(yè)的BMS經(jīng)受過強(qiáng)制安檢?！?/p>
國家863電動(dòng)車重大專項(xiàng)動(dòng)力電池測試中心、中國北方車輛研究所動(dòng)力電池實(shí)驗(yàn)室主任王子冬4月接受《汽車商業(yè)評(píng)論》專訪時(shí)這樣說道。
與國外相比，我國BMS在數(shù)據(jù)采集的可靠性、電池的荷電狀態(tài)(SOC)的估算精度、熱管理、均衡、安全管理等方面有很大不足。很多企業(yè)的單體、小模塊電池測試結(jié)果和成組后的結(jié)果差異很大，主要表現(xiàn)在單體電池符合安全和性能標(biāo)準(zhǔn)，而一旦成組，在安全、壽命、放電能力等方面就難以保證合格。
王子冬舉例道，單體電池循環(huán)充放電可達(dá)2000次，成組后就只有1000次，根本原因就是沒有成熟的BMS。由于電池芯局部功耗過大，產(chǎn)生局部熱量，且信息無法精確傳遞至駕駛員，極易導(dǎo)致電池自燃發(fā)生。
無強(qiáng)制檢測
一位不愿具名的南方某知名BMS廠家銷售工程師告訴《汽車商業(yè)評(píng)論》，國內(nèi)BMS的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)基本上是由電池廠或是其委托的第三方主導(dǎo)，在與動(dòng)力電池進(jìn)行技術(shù)匹配后，一起裝在整車上進(jìn)行測試，對(duì)于測試的項(xiàng)目、流程及時(shí)間基本是由整車廠最后拍板，而整車廠對(duì)于BMS各種技術(shù)也不知就里。
在測試過程環(huán)節(jié)，BMS出現(xiàn)的任何問題基本就是就地解決，發(fā)現(xiàn)一個(gè)解決一個(gè)。經(jīng)過多輪的測試，整車廠、電池廠及電子廠發(fā)覺沒有新的問題出現(xiàn)，BMS連同動(dòng)力電池即可交付用戶。
他說：“從開始設(shè)計(jì)到裝備車輛，少則三個(gè)月，多則七八個(gè)月，完全是為了趕整車廠的下線進(jìn)度，很難說產(chǎn)品質(zhì)量是完美，而這也是行業(yè)慣例?！?/p>
國外BMS投放市場前，需要經(jīng)過嚴(yán)格的環(huán)境可靠性測試，如沙塵、鹽霧、潮濕、淋雨、高溫、震動(dòng)、疲勞、電磁干擾等一系列的功能性檢測，耗時(shí)數(shù)年。
而我國的BMS基本上就是看著不錯(cuò)，能夠有一些簡單的實(shí)時(shí)監(jiān)測功能就可以了，至于功能的可靠性、穩(wěn)定性、精確度、使用壽命都難以達(dá)到國外行業(yè)水平。
對(duì)于這種“頭痛醫(yī)頭腳痛醫(yī)腳”的檢測現(xiàn)狀，王子冬表示無奈。
BMS檢測不屬于動(dòng)力電池強(qiáng)制檢測的工作范圍，中國北方車輛研究所耗資近2000萬元設(shè)立了國際先進(jìn)的BMS檢測中心，根本原因就是他們發(fā)現(xiàn)，電池發(fā)生自燃、功能衰減等問題往往不是發(fā)生在充放電環(huán)節(jié)，而是在使用環(huán)節(jié)，這時(shí)BMS質(zhì)量的重要性就顯得尤為突出。
王子冬說：“由于我國沒有對(duì)BMS檢測的強(qiáng)制制度，很多企業(yè)不愿意將產(chǎn)品拿到我們這里檢測。與動(dòng)力電池強(qiáng)制檢測及認(rèn)證制度相比，BMS的重要性往往被業(yè)內(nèi)忽略，以為很簡單，其實(shí)關(guān)乎電池的終身安全使用?！?/p>
記者了解到，國外對(duì)于BMS是主動(dòng)認(rèn)證制度，企業(yè)在做BMS研發(fā)、開發(fā)過程中，會(huì)將所有的測試項(xiàng)目都做完，讓用戶在使用過程中提不出毛病。國內(nèi)則是另外一個(gè)情況，國家有強(qiáng)制要求做測試就做，沒有就不做。
實(shí)際上，即使是對(duì)電池的強(qiáng)制檢測標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)也頗有微詞。中國有6家機(jī)構(gòu)在做電池檢測，但整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是2009年制定，主要是針對(duì)錳酸鋰動(dòng)力電池的特性來檢測，很難反映目前以磷酸鐵鋰動(dòng)力電池為主的市場現(xiàn)狀及技術(shù)發(fā)展。
高、中、低
據(jù)記者了解，現(xiàn)今國外盛行的BMS產(chǎn)品多采用主動(dòng)式均衡功能設(shè)計(jì)，價(jià)格和技術(shù)含量較高，屬于未來發(fā)展趨勢;而國內(nèi)基本采用被動(dòng)式均衡功能和不帶均衡功能的BMS產(chǎn)品，價(jià)格低、功能簡單。
目前寶馬Mini E、日產(chǎn)聆風(fēng)、特斯拉Model S及陷入困境的菲斯克Karma電動(dòng)汽車均采用主動(dòng)式BMS均衡，不僅能達(dá)到電池組均衡目的，監(jiān)測的精度也高(誤差小于0.7%)，市場價(jià)格為2~3萬元/套。
而中國新能源汽車主要使用被動(dòng)式BMS均衡，黃馬庫斯告訴《汽車商業(yè)評(píng)論》，僅僅是將容量多的電池中多余的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)整組電池電壓的均衡，市場售價(jià)僅為2000~3000元/套。目前江淮同悅電動(dòng)汽車所用BMS即為被動(dòng)式均衡設(shè)計(jì)。
至于不帶均衡功能設(shè)計(jì)的BMS，則不過是起著電池電流、電壓、溫度、SOC(電池剩余電流)、SOH(電池健康度)等信息實(shí)時(shí)顯示功能的監(jiān)控系統(tǒng)，功能最為簡單，市場價(jià)格約為1000元/套，但它目前為國內(nèi)低速電動(dòng)車所大量采用。
合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司總經(jīng)理方建華并不完全贊成使用主動(dòng)式均衡功能設(shè)計(jì)的BMS。他說：“從整車控制本身來說，主動(dòng)均衡是需要的，而且是好的，但是考慮到我們國內(nèi)電池的工業(yè)化水平，有時(shí)候盲目崇拜主動(dòng)均衡會(huì)弊大于利?！?/p>
主要原因就是它某種程度上掩飾了電池的缺陷。如果電池出現(xiàn)微短路，能量釋放少的單體電池就會(huì)在主動(dòng)均衡條件下，自動(dòng)補(bǔ)充電能，長此以往，這塊電池的儲(chǔ)能能力弱的特點(diǎn)就不容易被發(fā)現(xiàn)，毛病也就會(huì)看不出來。
方建華對(duì)《汽車商業(yè)評(píng)論》說：“包括江淮廠家也給我們提過在他們的產(chǎn)品上使用主動(dòng)均衡的要求，但是都被我們委婉拒絕了，我們的觀點(diǎn)就是目前時(shí)機(jī)還不成熟。盲目做主動(dòng)均衡BMS反而不利于電池的健康使用?！?/p>
斷裂的鏈條
盡管如此，“與國外成熟市場相比，中國的BMS研發(fā)體系存有很大缺陷?！秉S馬庫斯告訴記者。
在國外，BMS與電池一樣，只是整車廠生產(chǎn)的一個(gè)汽車零部件，整車廠置于金字塔頂端。BMS從功能定義的設(shè)計(jì)開始，就由整車廠牽頭主導(dǎo)，然后找第三方設(shè)計(jì)公司進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最后找生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)，三方共同決定電池包的BMS匹配方案。
同樣，在生產(chǎn)過程中，需要經(jīng)歷工程樣件、小批量試生產(chǎn)、大批量生產(chǎn)。在每一個(gè)生產(chǎn)過程中，都離不開整車廠與設(shè)計(jì)公司從中協(xié)調(diào)、改進(jìn)、再協(xié)調(diào)、再改進(jìn)的往復(fù)身影。整個(gè)研發(fā)時(shí)間少則1~2年，多則5~6年。目前戴姆勒-奔馳、寶馬、豐田等國際巨頭企業(yè)均是采用此類體系。
回看中國，情況截然相反。BMS從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)的數(shù)月過程中，整車廠僅是買方身份，沒有太多參與權(quán)和決定權(quán)。
目前國內(nèi)的BMS基本由電池廠及第三方電子廠進(jìn)行研發(fā)、生產(chǎn)，約各占50%市場份額，整車廠參與度很少，這是業(yè)內(nèi)基本常態(tài)。比如江淮電動(dòng)汽車動(dòng)力電池來自于合肥國軒高科動(dòng)力能源有限公司，而BMS也由這家公司與惠州市億能電子有限公司合作提供。
自2009年中國大力推廣新能源汽車始，國家就強(qiáng)調(diào)整車廠必須在電池、電機(jī)、電控方面至少有一個(gè)專長，除比亞迪在電池領(lǐng)域有研發(fā)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)外，其他整車廠基本都選擇相對(duì)容易的電機(jī)，至于BMS領(lǐng)域，鮮有技術(shù)儲(chǔ)備。
對(duì)于整車廠在BMS方面的不作為，方建華認(rèn)為“這是事實(shí)”，因?yàn)椤拔覀兊膰椴灰粯?，目前中國絕大多數(shù)電動(dòng)車都是由傳統(tǒng)車改造，我們整車廠對(duì)電動(dòng)車的研發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家”。
同樣值得注意的是，BMS在研發(fā)、生產(chǎn)及測試過程中，需要整車廠提供汽車平臺(tái)結(jié)構(gòu)和整車控制通信信號(hào)、動(dòng)力電池相關(guān)結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)等信息，而這方面又是整車廠與電池廠的核心機(jī)密，BMS廠家需要很多時(shí)間花在溝通環(huán)節(jié)，最終成果也難言高效。
方建華覺得BMS這樣的研發(fā)現(xiàn)狀是暫時(shí)的，未來電動(dòng)汽車發(fā)展一定是一個(gè)全新平臺(tái)，就必然會(huì)考慮到BMS各項(xiàng)指標(biāo)的匹配性、穩(wěn)定性。隨著大家對(duì)整個(gè)系統(tǒng)集成的理解加深，整車企業(yè)與電池企業(yè)一起來做BMS是一個(gè)比較好的未來合作趨勢。