新能源汽車電池管理系統（ BMS）處無序化階段

新能源汽車電池管理系統（ BMS）處無序化階段摘要：BMS，通常被業內稱為新能源汽車電池的「大腦」，與動力電池組、整車控制系統共同構成新能源汽車的三大核心技術。由於其在新能源汽車產業中特有的重要性，越來越受到業內「追捧」，同時也蘊藏了巨大商機。 　 如果問新能源汽車生產廠家最怕的是什麼？可能很多人會回答「自燃」。確實，電動汽車自燃不僅是企業的噩夢，也是整個行業的噩夢。　　究其原因，除電池本身問題外，控制電池運行的電池管理系統(Battery Management System，簡稱BMS)也起著關鍵作用。　　某種程度上可以說，中國鋰電池的水平已經不低，在生產規模上更是世界第一，很多先進生產線均為進口，硬體設施已經屬於先進水平。但是為什麼很多電池用兩三年就不行了，業內人士認為，一個重要的短板還是在BMS。　　「以為電池已經不行了，實際電芯還是好的，這暴露的是控制系統弱點。」德鋰龍(上海)電動汽車技術開發有限公司總經理黃馬庫斯這樣告訴記者。　　BMS，通常被業內稱為新能源汽車電池的「大腦」，與動力電池組、整車控制系統共同構成新能源汽車的三大核心技術。由於其在新能源汽車產業中特有的重要性，越來越受到業內「追捧」，同時也蘊藏了巨大商機。　　國內首次出現BMS研究在2000年左右，而產品真正出現市場大概也就只有四五年時間。記者了解了解到，BMS技術的不成熟性，成為新能源汽車進一步發展亟待突破的瓶頸。　　目前我國BMS產品的市場管理還處於「無序」階段，沒有國家統一的強制性檢測標準。同時，我國BMS產品技術能力及設計理念方面與國外還存在很大差距，難以擔負未來新能源汽車實際應用需求。　　安全令與「心理安慰」　　「對投入示範運行的插電式混合動力汽車、純電動汽車要全部安裝車輛運行技術狀態實時監控系統，特別是要加強對動力電池和燃料電池工作狀態的監控。」　　2011年8月18日，科技部、財政部、工信部和發改委等四部委在聯合發布的新能源汽車示範推廣「安全令」——《關於加強節能與新能源汽車示範推廣安全管理工作的函》中如此強調。　　「安全令」的頒布時機有點微妙。　　當年4月13日，一輛車牌號為「浙AT2618」的電動計程車行駛至杭州武林路222號附近時突然發生自燃，整輛車子被燒得支離破碎。　　6月8日，杭州市政府通報了眾泰電動車自燃原因，作出「電池成組後未能滿足車輛使用環境的需求，出現電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況」的鑒定結果。　　當年參與事故調查的一位專家事後指出：「儘管中國在動力電池、電機和控制系統等領域有一定的技術儲備優勢，但這些技術優勢是局部的、暫時的，在集成技術方面仍需要攻關。」　　「安全令」所言的車輛運行技術狀態實時監控系統就是BMS，它與動力電池組質量同等重要，對於規避電池燃燒都起著至關重要的作用。　　距離上述政策發布近兩年後，目前我國的BMS發展現狀又是如何呢？　　「目前在我國，BMS已經是新能源汽車的『標配』部件，對於降低消費者對於電池安全的擔憂起著極其重要的『心理安慰』作用，可是沒有一家企業的BMS經受過強制安檢。」　　國家863電動車重大專項動力電池測試中心、中國北方車輛研究所動力電池實驗室主任王子冬4月接受《汽車商業評論》專訪時這樣說道。　　與國外相比，我國BMS在數據採集的可靠性、電池的荷電狀態(SOC)的估算精度、熱管理、均衡、安全管理等方面有很大不足。很多企業的單體、小模塊電池測試結果和成組後的結果差異很大，主要表現在單體電池符合安全和性能標準，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，單體電池循環充放電可達2000次，成組後就只有1000次，根本原因就是沒有成熟的BMS。由於電池芯局部功耗過大，產生局部熱量，且信息無法精確傳遞至駕駛員，極易導致電池自燃發生。　　無強制檢測　　一位不願具名的南方某知名BMS廠家銷售工程師告訴《汽車商業評論》，國內BMS的設計、生產基本上是由電池廠或是其委託的第三方主導，在與動力電池進行技術匹配後，一起裝在整車上進行測試，對於測試的項目、流程及時間基本是由整車廠最後拍板，而整車廠對於BMS各種技術也不知就裡。　　在測試過程環節，BMS出現的任何問題基本就是就地解決，發現一個解決一個。經過多輪的測試，整車廠、電池廠及電子廠發覺沒有新的問題出現，BMS連同動力電池即可交付用戶。　　他說：「從開始設計到裝備車輛，少則三個月，多則七八個月，完全是為了趕整車廠的下線進度，很難說產品質量是完美，而這也是行業慣例。」　　國外BMS投放市場前，需要經過嚴格的環境可靠性測試，如沙塵、鹽霧、潮濕、淋雨、高溫、震動、疲勞、電磁干擾等一系列的功能性檢測，耗時數年。　　而我國的BMS基本上就是看著不錯，能夠有一些簡單的實時監測功能就可以了，至於功能的可靠性、穩定性、精確度、使用壽命都難以達到國外行業水平。　　對於這種「頭痛醫頭腳痛醫腳」的檢測現狀，王子冬表示無奈。　　BMS檢測不屬於動力電池強制檢測的工作範圍，中國北方車輛研究所耗資近2000萬元設立了國際先進的BMS檢測中心，根本原因就是他們發現，電池發生自燃、功能衰減等問題往往不是發生在充放電環節，而是在使用環節，這時BMS質量的重要性就顯得尤為突出。　　王子冬說：「由於我國沒有對BMS檢測的強制制度，很多企業不願意將產品拿到我們這裡檢測。與動力電池強制檢測及認證制度相比，BMS的重要性往往被業內忽略，以為很簡單，其實關乎電池的終身安全使用。」　　記者了解到，國外對於BMS是主動認證制度，企業在做BMS研發、開發過程中，會將所有的測試項目都做完，讓用戶在使用過程中提不出毛病。國內則是另外一個情況，國家有強制要求做測試就做，沒有就不做。　　實際上，即使是對電池的強制檢測標準，業內也頗有微詞。中國有6家機構在做電池檢測，但整個標準是2009年制定，主要是針對錳酸鋰動力電池的特性來檢測，很難反映目前以磷酸鐵鋰動力電池為主的市場現狀及技術發展。　　高、中、低　　據記者了解，現今國外盛行的BMS產品多採用主動式均衡功能設計，價格和技術含量較高，屬於未來發展趨勢；而國內基本採用被動式均衡功能和不帶均衡功能的BMS產品，價格低、功能簡單。　　目前寶馬Mini E、日產聆風、特斯拉Model S及陷入困境的菲斯克Karma電動汽車均採用主動式BMS均衡，不僅能達到電池組均衡目的，監測的精度也高(誤差小於0.7%)，市場價格為2~3萬元/套。　　而中國新能源汽車主要使用被動式BMS均衡，黃馬庫斯告訴《汽車商業評論》，僅僅是將容量多的電池中多餘的能量進行轉移，實現整組電池電壓的均衡，市場售價僅為2000~3000元/套。目前江淮同悅電動汽車所用BMS即為被動式均衡設計。　　至於不帶均衡功能設計的BMS，則不過是起著電池電流、電壓、溫度、SOC(電池剩餘電流)、SOH(電池健康度)等信息實時顯示功能的監控系統，功能最為簡單，市場價格約為1000元/套，但它目前為國內低速電動車所大量採用。　　合肥國軒高科動力能源有限公司總經理方建華並不完全贊成使用主動式均衡功能設計的BMS。他說：「從整車控制本身來說，主動均衡是需要的，而且是好的，但是考慮到我們國內電池的工業化水平，有時候盲目崇拜主動均衡會弊大於利。」　　主要原因就是它某種程度上掩飾了電池的缺陷。如果電池出現微短路，能量釋放少的單體電池就會在主動均衡條件下，自動補充電能，長此以往，這塊電池的儲能能力弱的特點就不容易被發現，毛病也就會看不出來。　　方建華對《汽車商業評論》說：「包括江淮廠家也給我們提過在他們的產品上使用主動均衡的要求，但是都被我們委婉拒絕了，我們的觀點就是目前時機還不成熟。盲目做主動均衡BMS反而不利於電池的健康使用。」　　斷裂的鏈條　　儘管如此，「與國外成熟市場相比，中國的BMS研發體系存有很大缺陷。」黃馬庫斯告訴記者。　　在國外，BMS與電池一樣，只是整車廠生產的一個汽車零部件，整車廠置於金字塔頂端。BMS從功能定義的設計開始，就由整車廠牽頭主導，然後找第三方設計公司進行產品設計，最後找生產企業進行生產，三方共同決定電池包的BMS匹配方案。　　同樣，在生產過程中，需要經歷工程樣件、小批量試生產、大批量生產。在每一個生產過程中，都離不開整車廠與設計公司從中協調、改進、再協調、再改進的往複身影。整個研發時間少則1~2年，多則5~6年。目前戴姆勒-賓士、寶馬、豐田等國際巨頭企業均是採用此類體系。　　回看中國，情況截然相反。BMS從設計到量產的數月過程中，整車廠僅是買方身份，沒有太多參與權和決定權。　　目前國內的BMS基本由電池廠及第三方電子廠進行研發、生產，約各佔50%市場份額，整車廠參與度很少，這是業內基本常態。比如江淮電動汽車動力電池來自於合肥國軒高科動力能源有限公司，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，國家就強調整車廠必須在電池、電機、電控方面至少有一個專長，除比亞迪在電池領域有研發、生產經驗外，其他整車廠基本都選擇相對容易的電機，至於BMS領域，鮮有技術儲備。　　對於整車廠在BMS方面的不作為，方建華認為「這是事實」，因為「我們的國情不一樣，目前中國絕大多數電動車都是由傳統車改造，我們整車廠對電動車的研發遠遠落後於發達國家」。　　同樣值得注意的是，BMS在研發、生產及測試過程中，需要整車廠提供汽車平台結構和整車控制通信信號、動力電池相關結構和技術參數等信息，而這方面又是整車廠與電池廠的核心機密，BMS廠家需要很多時間花在溝通環節，最終成果也難言高效。　　方建華覺得BMS這樣的研發現狀是暫時的，未來電動汽車發展一定是一個全新平台，就必然會考慮到BMS各項指標的匹配性、穩定性。隨著大家對整個系統集成的理解加深，整車企業與電池企業一起來做BMS是一個比較好的未來合作趨勢。
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