朱春波:电动车电池管理关键技术与发展方向

主持人(王芳):谢谢姜老师精彩的报告,其实我也有好多问题想跟姜老师请教,正好后面报告也是管理系统的,我们等朱老师给大家作完报告以后,有问题再一起问,朱老师也一直处理电池管理技术、电能传输技术以及整车技术控制方面等研究,在管理系统方面也有他很多独到见解,今天朱老师给我们报告的题目是电动汽车电池管理技术方向的研究工作,大家欢迎!

朱春波:大家上午好!我不知道我这个题目在单子上是这样一个,实际上我一直写的是电动汽车电池管理关键技术与发展方向探讨,简单介绍一下我自己,我是哈尔滨工业大学,课题组大约能有三十多人,一半做电池管理技术方向的研究,一半是做无线电池方面的研究,总人数里面也是一半一般的硕士博士,再加上一些老师。电池管理技术这个方向,我们是做了十几年,从2001年、2002年的时候开始做,也是给一些企业做技术支持,也算有一些体会吧,刚才姜院长讲的非常好,姜院长在这个领域可以说,从实践到理论都做了很深入的研究,也是可以从他身上学到很多东西。今天我时间也不多,所以说我只是把我的几个方面的体会和大家进行沟通,交流一下。一些个常识性基础的东西,我就不作介绍了。我把电池管理技术分成了,把关键技术总结出了六个,但是不可能把六个关键技术都介绍了,挑几个重点的讲。

首先动力电池的动态的参数测试技术,参数测试技术,也可以说它是基础技术,不是关键技术,但是在目前的市场情况来看,是挺重要的。电池管理系统是使用的好坏问题,最基础的部分,它的软件硬件,不是问题,目前大家在多数的情况下是解决这个问题。作为电池管理系统,它的一些高级方面的功能,我认为是未来电池管理系统技术的一个核心技术,比如说SOC、SOH、均衡控制、内阻测试、故障诊断等等,我认为这个是未来电池系统不断的发展,本身这个技术也会不断地提升。同时作为电池管理系统,它的存储能力、运算能力和通讯能力也会随着电子技术、通信技术的发展而不断发达,我个人认为电池管理系统这个技术,它是会不断地随着电动汽车的发展而发展。第二个关键技术SOC技术,这块就不深讲了,这个PPT讲起来没有一个小时讲不完,我重点讲是下一个。

电池管理系统中的均衡技术,均衡技术目前我们市场上可以说带有均衡技术的电池管理系统这样的产品,要说多很多,要说少我个人认为也很少,多的话几乎是没有哪个电池管理系统说自己没有均衡技术。但是在我看来,我认为多数的说自己有均衡这样的电池管理系统,那个均衡都是没有用的,都是属于被动的均衡,能量消耗型的,而且往往会给电池系统带来故障隐患。从学术的角度讲,均衡技术可以说,我们如果去查文章的话,在电池管理系统这个里面,可能文章数量非常庞大,甚至接近于SOC、SOH这些。但是我个人认为,有很多技术是只具有学术价值,不具有应用价值。所以说我总结出来关于电池管理均衡技术的技术优劣的判别标准,这个标准包括这样一些,比如说复杂程度、可靠性、快速性、能量效率、成本、故障模式,我们一定要考虑这些个因素,用这些个因素去衡量一个电池管理系统的均衡技术是好还是坏,只要是均衡技术有就来用,这是不行的,我认为均衡技术它是一个双刃剑,如果用不好的话它只能是损害电池,用的好可以保护电池,延长寿命,延长续势里程。从具体的方法上有很多,如果查文章的话会非常多,我把它总结出来比如主动均衡、被动均衡、能量转移型、能量消耗型,SOC均衡,集中式均衡,模块化均衡,静态均衡和动态均衡,刚才姜院长也讲均衡给性能带来的优点,可以达到4个百分点,甚至可以更多,均衡很重要,但是里边也有一些错误的观念,刚才姜院长也讲了,这里面我谈一些我的看法。

实际均衡的目的到底是什么,我们做电动汽车,做电池系统的人应该去想,均衡的目的不一定是为了均衡,有的人讲我这个均衡很好,把电池电压弄得完全一致,这可能不是均衡的目的,均衡的目的我个人认为是保护电池,首先是电池不能过充,不能过放,最大限度、最大可能利用电池系统的容量,让它尽可能保持一致性的充电放电这样一个过程,当然还会有很多。所以说没有那么多时间把它详细地讲完,我在这些个方法里面,打对号的是我主张,比如主动均衡,我是反对被动均衡的,我主张能量转移型,能量转移型很好理解,SOC均衡,而不是电压均衡,大家如果深入去研究均衡的话,会发现SOC均衡和电压均衡是完全不同的两个概念,有可能是SOC差别很大的时候,电压是一致的,这是SOC测试里面的一些问题。还有集中式的,模块化的,我主张集中式的均衡。静态均衡和动态均衡,当然这是个人的观点,我个人不主张电动汽车在电池充放电过程中,或者是汽车在跑的时候,均衡系统做各种各样的东西,我是主张车一定是停下来,在这安静的,不做任何事情的时候,对它做一次均衡,而且做了一次,不是频繁的做,有可能根据电池系统的情况,几周,几个月做一次。所以有的搞这个方面的同行说,我这个均衡系统好,我可以24小时在给电池均衡,我说你觉得需要吗?实际上是不需要的,我们不展开说了。

现在大家都比较关心动力电池全寿命周期的监测技术研究,我们这边也做了很多,作为电池管理系统,实际上它不仅仅是应该关注在车上这一段,下车之后如果再用在储能系统,或者是二次利用这个里面,电池管理系统的作用可能会比在电动汽车上作用还要大,这一块涉及到很多的技术,不仅仅是检测,还有各种维护、筛选等等这方面。在这块我提出一个什么样的观点,我们现在是正在和一个电池企业,逐渐的加大力度开展这方面的研究,叫做以BMS为核心的动力电池梯次利用技术,首先讲梯次利用,梯次利用我们搞循环经济、低碳经济、绿色经济,这是习主席上来提倡的,这个事情一定要做,将来如果电动汽车发展规模非常大的时候,电池二次利用,梯次利用这个事如果不做的话,恐怕会成灾。梯次利用怎么做,刚才姜院长说的很好,如果剩15%的乘用价值,你再梯次利用处理,从车辆到第二次应用的过程中,你花费的代价如果太大的话,那你就是赔钱的,这些电池拿来就是免费给你,你也是赔钱的,如何缩短时间,然后降低成本,这个利用是我们要重点考虑的。

所以说技术内涵就是通过BMS对动力电池全生命周期的监测管理记录,获得电池在不同阶段进行梯次利用的关键信息,并与梯次利用生产线进行有效的数据链接,实现高效、快速的分检、维护、重组与再利用。什么意思呢?就是我们原先想的梯次技术,测这个电池能干什么,那个电池能干什么,但是我想恐怕来不及,有的时候做一个循环的,这样花费代价可能会比较大,我现在想,我们在电动汽车上运行的过程中,始终给这个电池做一个记录,单体有一个身份证,它的病例始终存在BMS管理单元里面,这个电池一旦下车的话,能干什么用?已经有结果了。在电池的梯次利用流水线上,它只需要检测这个电池它唯一的标识就可以了。当然,这种研究一定是大规模的产学研,很多单位合作在一起来研究,仅仅是一个高校或者一个企业来做这事情是做不了的,就是我们的前提条件,电池ID信息需要标准化,某一个厂子自己的标准化,比如在中国电动汽车市场要用的,或者要进入梯次利用要标准化。我们的BMS要智能化水平,实际上BMS这个躯壳可能并没有什么变化,但是它的智能水平要不断地提高。然后是梯次利用市场的开发,没有市场肯定是没有用的。产学研产业链联合攻关,不仅仅是技术,还有市场上的,当然还有很多难点了,这里面做电池的寿命预测、健康诊断等等这方面的研究是非常的耗时间,有时候一个计划,一个实验能做一年,做两年,但是这个事情还得做。总体来讲我个人认为,这个事情虽然很难,大家可能都不愿意做,因为很难见效,但是是必须做的一个事,我就讲这些,谢谢大家!

王芳:谢谢朱老师。今天正好两个报告,原来更多在电动汽车上的管理,今天两个老师都讲了全生命周期的管理和利用。这一块其实也是电动汽车发展到现在这个阶段,大家特别关心的一个问题了。包括前一阵,我们一直也都在商讨,国家标准也已经先后立了梯次利用标准,在起草当中。这一块其实我们也看到,包括朱老师刚才提到的,在起草标准的时候,也询问过国外的一些企业,包括日本,他们有兴趣做一些电池回收标准,但是对于梯次利用,他们还是持一种观望的态度,很多会考虑经济性到底体现在哪,当然如果真正能在储能上得到利用,可能会在经济效益上得到一定程度,如果过程当中,耗费很多人力、物力的话,总体核算下来,经济效益到底有多大。但是现在国内都很多在探讨这个问题,觉得这个事情还是有必要去做。所以我们也在做一些,包括我们中心内部也在立项支持这样一些工作,所以我也希望后面能有更多的机会,跟两位老师多请教、交流,一块做好这个行业的工作。

再给大家五分钟时间,有没有问题要请教两位老师的。

提问:王博士,能不能请教你一个问题,最近我看到一个新闻,2006年美国德州有一个公司叫ESTOR,研究一种材料叫钛酸贝,制造超级电容器,工艺密度寿命达到现在1000C以上,寿命达到一百万次以上,容量密度达到现在锂电池两倍,达到280瓦时,这种技术,不知道您这边有没有做过这方面研究,离产业化到底有多长时间?

王芳:因为我现在在检测机构,主要工作做成品化电池,当然我的副业在做标准,我只能评判没有测试过这类电池作为一个产品,要用到车上去,所以对于理论上的报导,我现在不太好做评判,只能用实验数据来说话,目前还没有做过这方面产品。

提问:两位老师说,我来自深圳一家企业,关于BMS这一块有两个问题,第一位老师姜老师提到均衡系统,电池某些时间段,能量提供不算很够,对于元器件选择,电池电容是不是作为一种物谱来选择,补充BMS,实现能量输出的一个补充?第二位老师朱老师提到均衡系统、电路,达到一个转移,转移这一块,有一个再生电路,均衡电路分主动跟被动均衡,我们是这样想,我们做再生电路,是不是属于一种转移,或者手动节能电路?

朱春波:什么叫再生?

提问:均衡电路里面,就是电压平衡,或者烧电阻过程当中,实现电压平衡,被烧掉这部分原料实现再生,补回到电路里面。

姜久春:就是能量转移系统。这方面方法非常多,我个人认为,仅从电路的拓扑不能完全说明问题,得有一些评价标准,搞得很复杂不行,成本很高也不行。失效模式很重要,电路本身失效了,不能把电池损坏了,失效之后如果短路模式,这是不能用的。

提问:电路输送的时候怎么样做?

朱春波:你是做到里面?

提问:对。就是元器件。

朱春波:具体的事下来再聊,不耽误大家时间。

王芳:刚才问姜老师问题,一句话说一下。

提问:均衡电路里,能量不够情况下,有一点疑惑,能否采用别的方法来实现?元器件选择上,如果用超级电容补充BMS,里面能量管理是不是可以在能量上实现大电流的捕捉?

姜久春:电池不够用能量补不行,功率不够用什么东西补可以。

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