中汽中心王芳:电池管理系统国家标准正在制定

杜俊仪

5月19日~20日,2016•第四届国际电动汽车及关键部件测评研讨会于江苏常州举办,本届研讨会以“测试评价助推产品技术升级”为主题。围绕整车、动力电池系统、驱动系统、充电系统四大技术领域,从新能源汽车检测测试工况、企业及产品准入政策法规、整车主客观实证测评(EV-TEST)、智能网联汽车、新能源车辆安全运行监控、动力电池系统开发测试等话题展开深度研讨。

在动力电池系统测试评价技术会场上,中国汽车技术研究中心试验研究所新能源试验室主任王芳,发表题为《动力电池系统测试评价标准与评估体系》的演讲。她表示,电池管理系统设计来应该根据电池电压、温度和所使用的环境,来制定电池充放电功率,把信息反馈给整车,让电池用在比较舒适绿色区域里。国家正在制定电池管理系统的相关标准,下周三会在深圳开研讨会。

中国汽车技术研究中心试验研究所,新能源试验室主任,王芳

国家标准

现有国家和行业标准跟电动汽车用电池相关的有15项,其中7项是电动汽车上公告所需要强制检测论证相关的一些标准,也是各个企业想要进入规范管理的目录需要测试的一些相关标准。其中484、485、486这三个标准是联动起来使用的, 需要同时送样,单体是24+4,模块大概是22+2的数量。

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因为现在测系统的企业很多,31467.1、31467.2基本送到3到5个样品就可以。31467.3有16项,根据经验,如果达到IP6、7,5到6个样品可以完成测试,建议企业做31467.1、31467.2、31467.3项目,送5+6的样品组合,就是5个做31467.2,6个做31467.3,可以同时开展相应的实验。

测试评价

动力电池评价主要包括电池单体、BMS、电池系统、外壳四大部分,评价关注点在于基本性能、循环性能和安全性能。

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电池系统测试通用流程

电池一致性非常重要,在做HPPC测试的时候,电池一致性差异会给电池的功率特性、内阻特性带来很大的变化,做了不同快充快放之后再看电池能量效率,电芯一致性也有很多影响。不同体系的电池有不同的特点,系统在不同温度下,在不同倍率的时候,所测试出来能量效率表现特征不一样,另外也发现SOC不同状态在每一种电池内部对能量效率发挥到不是那么的大,相比较而言温度是影响能量效率发挥的最大因素。

还有功率特性,发现系统功率特性跟内阻一些变化,包括内阻受温度影响的一些变化还是非常大的。从单体角度去说,功率状态相当于电池充电功率和放电功率特性是什么,很大程度就决定了整车控制策略是什么样,可用SOC范围能够设置多少,最大电流预值在什么范围,这是做单体评价比较重要的一方面。

根据229个电池包样本统计,就国标测试来说,目前各种电池包在做系统测试的时候最容易出现问题主要有三项:振动、挤压和外部火烧,这三项出现的不合格率程度会稍微高一些。

机械这块,有6大项测试,挤压、振动、翻转测试、模拟碰撞、机械冲击、跌落,外壳破裂,内部支架损失,接插件松动,高低压温度磨损,最严重短路的发生。我们把电池外壳打开以后,里面的模组连接的螺栓已经松动甚至脱落下来,机械冲击最大的问题,我给大家展示的图是机械冲击加速度已经超过了标准规定值,达到了50个G以上的值,做这个试验的时候主要发现安装点因为引力集中而损坏。挤压,起火有两方面,一个是空间结构设计缺陷造成的,因为高压系统的设计里种种因素,很多抗不住200迁流,还有空间排布不合理。

环境试验这块,相对来说比较简单一些,包括湿热、温度冲击、高海拔,基本没有出太多的问题。出问题主要是在火烧、炎热这块。保护功能,在标准里只有4项保护标准,充电安全大家是非常关心的,充电跟很多因素相关,包括充电设施这块的充电监测中心,充电设备,充电机也包括车量监控,电动汽车本身BMS要求,同时中间充电接口以及通讯协议也是非常重要的,每一个环节都是环环相扣,每一个环节出现问题都会出现导致很严重的事故发生。对于电池系统本身来说应该本身具有抗过充的能力,同时电池系统BMS一定要有过充电保护设计。国标正在制定电池管理系统的相关标准,下周三会在深圳开研讨会。

最后想提一下刚才说到的除了16项安全测试以外的几个项目,我们在实际测试过程中发现特意的留意了一下,一个风冷电池管理系统,当做一个风冷设计的时候,发现有一个电池包如果在没开起风冷的时候,温升比较高,但是内部温度比较均匀,开起风冷之后有一定的温差,当你不了解电池热特性和热扩散途径的话,不正确的附加风冷系统反而导致电池温差,电池不一致性加剧,很快让电池系统失效,这也是我比较担心的,觉得大家应该关心的一个方面。第二个是两款电池,一个风冷,一个热冷,把冷却系统都关闭了,处于自然的状态,只是两家设计方式不一样,两款电池温差、温升速度都不一样,这是我测试的两款产品,左边的图是大家非常主要的,国内有很多款电池有这样的特性,温升在10度左右做这个实验的时候,温差在5度左右,看到比较好的设计没有看到散热装置起作用,温差在2度,温升在5度,可以评估下两款的差异。

小结

电池管理系统整个电池系统设计来应该根据电池电压、温度和所使用的环境,来制定电池充放电功率,把信息反馈给整车,让电池用在比较舒适绿色区域里。电动汽车的安全怎样弄,电池是电化元载体,电池在充上电的时候发生各种反应,有这么多反应,因为外界的影响有很多不确定因素存在,安全性怎么办?国标要求不起火不爆炸就可以,在这种情况下,必须了解电芯基本情况,了解绿色区域是什么,不能触碰的红点在哪里,然后附加电池管理系统的设计,最终加上系统的保护。一个电芯发生失控的时候,系统发生热失控速度都能减缓下来,不是要求电池最终不热失控,只是在发生安全事故之前,车上的人能够有足够逃生时间,这是我们要求的安全理念。希望能够尽量挑选高品质的产品,满足安全性能,充分电池性能,高水平的BMS管理。

作者:杜俊仪

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