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動力電池安全誰做主？做好PACK和BMS是關鍵

時間:2016-04-19 10:46來源:中國電池雜志-中國電池網 作者:西顧
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      受益于國內政策對新能源汽車和動力鋰電池行業(yè)發(fā)展的大力扶持，2015年新能源汽車產銷量劇增，動力電池供不應求，政策紅利惠及整個產業(yè)鏈。業(yè)內人士預計，2016年將迎來動力電池發(fā)展元年。
 
      動力電池長期應用趨勢毋庸置疑，但安全性能是消費者選擇產品的首要標準。近期工信部“叫停”三元鋰電池、新能源大巴接二連三起火自燃事故、5561輛大眾純電高爾夫 因“電池管理系統(tǒng)問題”召回等事件的接連發(fā)生，再度引發(fā)了公眾對動力電池安全性能的關注。
 
      對于動力電池的安全問題，除了電池材料技術路線爭議外，業(yè)內普遍認為，PACK及BMS在保障電池安全方面的作用無可替代。
 
       動力電池PACK成品由三部分構成，即電池模組、BMS和固定架外殼（涵蓋了熱管理、結構設計、高壓控制、安全管理等內容）。其中，BMS被稱為電動汽車動力電池系統(tǒng)的“大腦”，與動力電池、整車控制系統(tǒng)共同構成了電動汽車的三大核心技術。
 
       電動汽車專家陳清泉院士曾表示：沒有電池管理的電池包就是一個炸彈。BMS（Battery Management System），即電池管理系統(tǒng)是動力電池包的核心，均衡荷電量、使用壽命、使用安全等，都需要BMS來管控和優(yōu)化，在新能源汽車產業(yè)鏈，BMS的產業(yè)價值十分重要。
 
       公開資料顯示，BMS具有防止過充、避免過放、溫度控制、保持電池組件電壓和溫度平衡、預測電池的剩余電量和剩余行駛里程等功能。同時，BMS還具備實時監(jiān)控并調整電池管理狀態(tài)的能力、與多個平行子系統(tǒng)同步協(xié)調工作的能力。透過BMS能準確量測電池組使用狀況，保護電池不至于過度充放電，平衡電池組中每一顆電池的電量，    以及分析計算電池組的電量并轉換為可理解的續(xù)航力信息，確保動力電池安全運作。
 
       在科技部發(fā)布的2016年國家“新能源汽車”試點專項文件中，動力電池與電池管理系統(tǒng)被列為重點研究任務，其中，“充電設施對BMS保護需求的響應率達100%”被列為對電動汽車基礎設施運行安全與互聯互通技術方面的考核指標之一。
 
       盡管BMS對于電動汽車來說很重要，但由于在整車成本中的占比相對較低，長期以來不受整車企業(yè)的重視，缺乏設計和生產經驗，要把BMS產品做精做強，國內企業(yè)在動力電池BMS領域仍有較長的一段路程要走，但由于新能源汽車產銷量的突然爆發(fā)，迅速擴張的下游應用市場并未給BMS行業(yè)足夠的成長時間。有研究報告預測到2020年，車用動力電池的市場規(guī)模將達到1200億元。其中，乘用車使用的BMS系統(tǒng)約占10%-16%，商用車的約占3%-5%，屆時國內電動車用BMS的市場規(guī)模將達170億元。
伴隨著鋰電池產能大幅擴張，市場對BMS需求放量，比亞迪、國軒高科等整車企業(yè)、電芯企業(yè)也開始布局BMS領域。電池企業(yè)及整車企業(yè)在加速分食市場，PACK企業(yè)也有一套自己的生存之道。
 
       “BMS盡管在整車成本中的占比較低，但對保障動力電池的安全性很重要。PACK企業(yè)要想生存，憑借的是BMS核心技術、BMS的整個方案的解決實力和服務能力”，近日，北京歐鵬巴赫新能源科技股份有限公司總經理干振樺接受中國電池網（微號：mybattery）采訪時，詳細介紹了從BMS以及PACK等角度，如何最大限度保障動力電池的安全性能。
 
        北京歐鵬巴赫新能源科技股份有限公司（以下簡稱：歐鵬巴赫）成立于2012年12月，是專業(yè)的新能源汽車動力系統(tǒng)提供商，主營新能源汽車三大核心業(yè)務：動力電池組及管理系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)、新能源汽車動力總成的研發(fā)、生產和銷售。目前公司年生產PACK系統(tǒng)能力約25000臺套，主要客戶有安徽江淮汽車股份有限公司、安徽安凱汽車股份有限公司、廈門金龍汽車集團股份有限公司、安徽星凱龍客車有限公司等。2015年年底，歐鵬巴赫申請新三板掛牌上市，2016年3月11日已取得全國股轉公司同意掛牌通知函，獲得股票代碼：836765。
 
        據干振樺介紹，隨著電動汽車應用量的增加，電動汽車的安全性受到越來越多的關注，客觀上促進了產品技術進步和行業(yè)發(fā)展。BMS涉及電子、電源、電池、控制等多種技術的綜合應用，具有多學科交叉、技術復雜度高的特點。新能源汽車不同品牌不同型號的性能差異以及使用的地區(qū)環(huán)境差別很大，與之配套使用的各類系統(tǒng)設備本身往往也差異較大，從而要求系統(tǒng)提供商根據客戶的需求在產品的創(chuàng)新、開發(fā)能力、個性化設計方面做出快速反應。PACK企業(yè)想要分享新能源汽車產業(yè)發(fā)展紅利，就必然要依靠比電池生產企業(yè)、整車企業(yè)更專業(yè)的技術及更好的成本控制以及更專業(yè)的自動化制造來實現與整車廠的合作。
 
        作為專業(yè)從事PACK和BMS研發(fā)、制造和銷售的企業(yè)，歐鵬巴赫在電池管理系統(tǒng)領域進行了多年研究開發(fā)，具有較強的技術研發(fā)實力。截至2015年8月底，公司共有16項軟件著作權，6個發(fā)明專利，涵蓋了BMS、鋰電池等領域，技術處于行業(yè)領先水平。
 
        在使用安全方面，歐鵬巴赫注重從以下幾個方面保障動力電池使用的安全性：
 
1、重視電芯等關鍵零部件的準入和質量管控。公司成立了具備國標試驗檢測水平的電芯及PACK產品試驗驗證實驗室，建立了電池芯測試評價體系和產品試驗驗證體系，確保電芯準入和產品研發(fā)有數據支持，降低了電芯濫用風險。
 
2、公司技術團隊在充分理解動力電池結構及性能特點的基礎上，研發(fā)模塊化PACK結構，從而提升電池PACK的機械可靠性和工藝的可靠性，降低了電池組機械濫用風險。
 
3、公司重視制造能力的提升，設計建立了自動化的模組生產線和柔性化的PACK組裝線；建立了制造信息管理MES和ERP系統(tǒng)。
 
4、歐鵬巴赫堅持根據產品應用領域進行針對性產品設計的產品開發(fā)理念，加強對PACK加熱、冷卻和溫度控制系統(tǒng)等核心技術的開發(fā)和試驗，有力地改善了電池對環(huán)境穩(wěn)定敏感的特性，減少了環(huán)境濫用風險。
 
        “歐鵬巴赫目前在電池管理系統(tǒng)上使用溫度傳感器和電池熱模型狀態(tài)估算的方法，防止電池PACK過熱，即使在溫度傳感器失效的情況下也能防止電池溫度過溫。對于目前討論比較多的平衡方案，目前公司的BMS可以根據客戶的要求進行被動平衡，以及基于反激變壓器的主動平衡，主動平衡的硬件成本要高一些。”干振樺表示，“另外，在設計上，我們會按照客戶的要求進行風冷及水冷的設計，讓電池工作在合適的溫度，提供電池壽命。模組器件使用高性能阻燃材料。絕緣處理各連接件，確保不會出現因連接件短路而引起火災。”
 
從系統(tǒng)角度，歐鵬巴赫從2009年就開始按照ISO26262標準體系展開工作，建立了完善的失效及風險分析庫：
 
【BMS】
1、基于溫度傳感器（每個小的模塊都有溫度傳感器）和煙霧傳感器，判斷電池的異常，及時給駕駛員發(fā)出報警信號，然后切斷車輛的高壓系統(tǒng)。
 
2、檢測動力電池的異常電阻，當檢測到回路電阻異常變化的時候（接插件松動/螺絲松動產生/電池異常），及時給駕駛員發(fā)動警報，切斷高壓。
 
3、遠程監(jiān)控系統(tǒng)，會根據傳輸的參數及經驗模型判斷電池狀態(tài)，及時的反饋給終端系統(tǒng)。
 
【PACK】
 
在干振樺看來，大家認為動力電池的不安全性，本質上是由于目前電池的不足造成的，歐鵬巴赫在PACK設計方面采取以下措施：
 
1、在單體的選擇比較重要，由于公司是獨立的PACK制造企業(yè)，電池單體可以靈活的選擇國內外使用量大的，并且安全性好，不易發(fā)生著火及爆炸的電池。
 
2、增加自動滅火器，檢測到火源產生的時候，自動滅火。
 
3、電池箱體增加卸壓閥，防止壓力的累積。
 
4、箱體及模塊材料選擇耐高溫阻燃材料。
 
5、針對每一款電池，都會做模塊的燃燒測試，確保在高溫灼燒的時候不會起火及爆炸。
 
6、對電池箱進行CAE熱設計，設計良好的熱管理系統(tǒng)，防止電池箱體在高溫使用環(huán)境下過熱。
 
7、選擇使用防松動的螺栓。
 
在質量管理方面，歐鵬巴赫通過了TS16949、ISO14001等認證，嚴格按照汽車行業(yè)要求進行質量管理。
 
1、原材料保障：采用嚴格的供應商準入機制，確保供應商能夠提供優(yōu)良、一致性強的產品；尤其是電芯供應商，除了滿足國家標準、生產資質等要求，還需要滿足歐鵬巴赫制定的企業(yè)標準；經過評測合格后才能開始供貨。
 
2、產品驗證：嚴格按照15年的新國標進行驗證設備的采購，進行模組、PACK級別驗證，確保產品滿足客戶要求。
 
3、過程/出貨管控：采用自動化生產線設計、確保產品一致性強；MES系統(tǒng)監(jiān)控每個產品、每個工序的質量數據并加以判定，確保產品不合格品不流入下道工序；工序間和下線建立防錯系統(tǒng)。
 
4、關鍵特性控制：確保產品100%全檢且可追溯，不僅僅按照標準進行控制，檢驗過程中，即使合格，數據變異大也進行分析，找出根本原因，降低風險系數。
 
       從使用安全，到BMS及PACK系統(tǒng)成組，再到質量管理，歐鵬巴赫全方位的產品安全保障，贏得了品牌車企的高度認可。2015年歐鵬巴赫相繼獲得南京特種汽車制配廠有限公司和中鹽安徽紅四方鋰電有限公司的大額訂單，近期又與安徽安凱汽車股份有限公司、廈門金龍聯合汽車工業(yè)有限公司簽署大額訂貨合同，早期工廠的產能已無法滿足當下客戶需求，于2015年4月投資成立合肥歐鵬巴赫，新建四條現代化、自動化的 PACK產線（可滿足軟包/方形鋁殼/18650的全自動生產）， 2015年11月兩條產線已試生產。
 
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