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保存至快速回贴新能源大巴BMS结构与乘用车的区别
这篇文章主要介绍新能源大巴的电池和BMS的结构与乘用车的区别,这里是从一个乘用车工程师的角度来看的。 本文主要分三个部分,新能源大巴行业、新能源电池系统结构和新能源大巴的BMS系统,抛砖引玉欢迎各位拍砖。
第一部分 新能源大巴行业
其实数数全球的商用车(大巴+卡车),大致的方向还是沿着就有的习惯做HEV,国内总体而言,是以纯电动+PHEV为主的。这里的主要原因,还是欧美日在和变速箱方面的积累,如果按照国内的纯电动大巴模式,配置300kwh以上的,很大的价值都给电池给占去了。
&商用巴士:New Flyer、Thomas、Navistar/IC、Volvo、Hino、Smith、GM、Daimler、TOYOTA和MitsubishiFuso。
&卡车 Smith、Volvo、Navistar、Daimler、TOYOTA、Hino、ISUZU、Iveco、PACCAR、Azure Dynamics、Daihatsu、Nissan和Mitsubishi Fuso。
图1和图2的数据制图,是参考了《Key Factors of the Power Battery Development in 2013:E-Motorcycle & EV》一文里面的数据。
图1 美国和日本新能源大巴的情况
图2 除中国外新能源商用车电池供给情况
与之相比,国内的情况是根据补贴来的,有了较大的单位的每度电补贴以后,做纯电动这种形式就变得更有利了。所以总体来说,对于商用车的以每度电补贴,完全扭转了整个技术路线,直接把国内所有做大巴的企业将HEV砍掉(这事就是发生在的时候,现在已经回不过去了),转到BEV和配置较高的电池的PHEV的形式上来了。
图 3 2014年中国商用车销售情况
更有趣的是,通过配置电池,将电动里程零耗油的部分换算进去,就可以把整个驱动系统的效率的差异打掉,所以对比国外的技术水平,我们的PHEV一下子把老师傅给超过去了。这个有点类似文字游戏,是通过加多了钱(国家补贴和地方补贴)配置多的电池的代价换来的。从运营公司的角度来看,用电还是省钱,所以出现某地一天充五次大巴的故事发生了。
图4 商用车的油耗水平
第二部分 新能源大巴电池系统架构
我们这里使用A123&万向的例子来看这个系统架构,我们来对比两个案子美国的Navistar和上汽万向的纯电动大巴,他们都是拿着A123的模组来,按照A123的基本成组模式。
1) 上汽和万向合资纯电动大巴
图5包括模组成组,电池包布置还有系统框图,其中模组(含BMU)这一级,基本是电池厂出来各个产品(大车、小车)都能用了。整个从单体=》模组=》电池包,然后在车顶和车位来配置两大块。
图5 上汽万向纯电动大巴
2) Navistar的HEV电池包
欧洲和美国也用了不少A123的电池系统(基础是20Ah的电芯),整个结构是非常类似的。如图6所示,采取单体串联=》模组并联=》再串联的电池构成的模式来获取大的容量。
图6 Navistar的HEV大巴
总体来说,纯电大巴的电池系统结构,大体根据结构工程师来布置,分成4~8个包;HEV+PHEV的包呢,分的数量少一些都包在一起。区别的地方在于,如比亚迪和CATL(这两家)采取的是较大的单体,先串联然后总的进行并联配置,如比亚迪的系统设计。三组电池包并联,标准输出电压直流540V,组内电池模组串联,每组电池包21个模组,每个模组内含有8个单体电池(标准电压3.3V),模组的电压为26.67V。在K9的布置中,采取前桥承载1个电池包,后桥左右各承载一个电池包,整车高压线束通过左风道、车内电子路牌和右侧尾部立柱的模式,由于采取这种模式,比亚迪需要在每个电池包内进行配电管理,考虑主正、主负和预充继电器,每个电池包内需要一个BMS主控进行独立核算。
图7 比亚迪系统的设计
CATL的纯电动巴士通用电池箱230/320KWH,电芯:200Ah LFP(多层卷绕方形铝壳),模组为2P3S 或 3P2S,电池箱(铝压铸)为2P18S 或 3P12S(6个模组),电箱参数: 57.6V/23kWh 或 38.4V/23kWh;其中230kWh电池系统由10个2P18S电池箱串联,320kWh电池系统由14个3P12S电池箱串联。
图8 CATL的系统设计
图9,是以前在分析五洲龙和沃特玛电池时候画的,算是比较典型的系统架构图,这里拿来作为完全串联的一种架构模式。
图9 沃特玛五洲龙的系统设计
所有大的新能源大巴这里的几个问题其实是普遍存在的:
1)单体确实比较大,采用LFP还是必由之路,否则200Ah的电芯,内层发热散热问题较大
2)电池包分别布置在多个区域,导致区域内的各种环境条件(温度、振动),整个电池组内的温差,按照实际的情况在10度以上
3)单个包,配置BMU或者继电器之后,本身的安全性需要独立设计核算,内部加继电器的,BMU的控制权限需要提升,整个分布式控制系统的低压控制线和通信线所受的回路比较大
4)电池模组的堆叠,机械应力上差异也比较大,把模组堆在模组上,其实不是好好的主意
第三部分 新能源大巴的BMS
新能源大巴几乎都是采用,分布式管理系统(电池管理系统+多个温度电压测量单元方式)将电池模组的功能独立分离,整个系统形成了单体电压和温度测量均衡单元、电池管理控制器、继电器控制器和整车控制器,三层两个网络的形式。这里主要考虑的问题还是基于模块化的考虑,生产和组装分离,在装车的时候进行网络配置。
如果单从BMS的角度来看,大巴车的BMS系统与乘用车的主要有以下的差异:
1) 由于大巴车辆的电源系统是基于24V系统,所以对于BMS来说里面需要考虑的供电问题。
a. 电源系统的特别是抑制这块需要单独设计,由于BMS的电源部分需要用个Buck电路来替代LDO,如图10所示,24V系统的考量还是需要在电源上做更多处理,否则脉冲抑制不住会烧毁器件。
b. 由于24V系统的原因,配置DC-DC是必须的,BMS的计算量偏大,总线频率和电流量就大一些,这里一般配置2路Buck拓扑的DC-DC给电源供电。
c.BMU的供电也是一个大问题了,所以BMU的内部架构,往往是只能将MCU、测量和备份芯片从模组取电,否则需要在BMS里面构建一个24V配电盒的功能,加些熔丝在里面了。
d. 由于大巴的24V电池容量高一些,对于漏电流方面的管理需要弱化一些。
图10 BMS电源系统架构
图11 12V和24V电源抑制
2) CAN通信的脉冲抑制,同上由于线束的布置问题,CAN上面的串扰不是一点点大,导致原有的设计需要更改。
a. BMS在这里一般有三路CAN电路,分诊断CAN、与整车控制器通信CAN和BMU的CAN,由于电池包的分散布置,使得整个BMS和BMU之间CAN的环路太长,耦合进来的东西会比较多。
b. 由于某些部件,比如电动压缩机、电机控制器,本身控制板上的CAN线耦合了很多的东西,使得BMS外部收到的干扰也很多,所以实际沟通下来的情况,就是通信电路和错误帧非常多。
图12 乘用车CAN通信电路
3) 单体均衡,由于电动大巴容量(1个就是200Ah,还有2P和3P的)很大,很多公司用了加大的被动均衡或者主动均衡电路,这块区别也比较大,所以看到有公司给大的均衡电阻配置独立的散热器的。所以未来如果发展的方向是大容量的电池,像比亚迪这样提高母线的电压,将压力从单体容量上转移给逆变器和电机,就是IGBT上还是靠谱的。
4) 由于大巴的电源波动,某些公司甚至独立配了个12V备份电源独立给电池包内配置一个供电系统,所以一般BMU和BMS之间只有CAN线和报警线之间的关系了,这里补一个安全气囊的PWM报警输出口的电路,我个人觉得其实BMU和BMS之间在未来需要有一个额外的通信备份接口,用PWM定义确实比较合适,在图里面把Collision改成单体过压和模组过压的报警就可以直接使用了。
图13 PWM报警接口定义参考
这块内容,主要还是根据和汽车电子俱乐部的相关工程师一起交流和总结的内容,实际的情况比这个更复杂一些。由于大巴企业的BMS供应商普遍仅仅参考《QCT 897-2011 电动汽车用电池管理系统技术条件》这份行业标准来做产品,整个BMS产品的水平就很值得商榷了。如果仔细对比整个细节的参数和样品验证的数量,其实和GBT
道路车辆电气及电子设备的环境条件和试验(1~5)之间都有很大的差距。
图14 QCT897-2011内技术要求
我个人是觉得,未来大巴可能形成三个分布式BMS系统,独立算三个堆的参数模式,汇总到VCU这块可能更好一些。不过更有可能的是(2020年以后),随着补贴的退坡,整个商用车的购置从补贴模式向市场化模式转变,大部分的系统还是回到插电式+超级电容,在沿线做快速补电的模式。
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织,主管部门为工业和信息化部。协会成立于1989年12月,现有400多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会和储能应用分会等八个分支机构。
本会专业范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子和锂聚合物电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。
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&&&&服务热线:成立1年,销售额1亿 BMS厂家如何一年进入国内前十?
来源:电动汽车资源网 岳绍雪
摘要:电动汽车资源网记者采访了国新动力副总经理邓杰,详细了解了国新动力目前的发展情况,以及他们的未来规划。
10月13日,2016节能与新能源汽车成果展在京举行,深圳市科技有限公司(简称“国新动力”)带来了最新的产品及技术成果展示。借此机会,电动汽车资源网记者采访了国新动力副总经理邓杰,详细了解了国新动力目前的发展情况,以及他们的未来规划。成立1年,销售额1亿“国新动力成立于2015年,但我们早在2010年就进入了BMS领域,在这个行业已经有6年的经验了。今年我们在BMS的销售额,预计是一个亿。”国新动力副总经理邓杰向电动汽车资源网记者表示。电动汽车资源网记者了解到,国新动力成立于2015年,是一家专门从事管理系统(BMS)的研发、生产及销售于一体的高科技公司。其人才队伍大多来自BMS行业内知名企业或各大车厂,具有丰富的汽车电子开发经验及量产经验,对汽车文化,核心零部件开发流程规范有深刻的理解,这为国新动力产品的可靠性提供了技术保障。深耕汽车行业对年,对汽车产品品质的了解与把控,使得国新动力BMS产品的质量品质优异。诸多成功因素下,国新动力从去年成立至今,在这一年左右的时间里,已经跨升进入BMS行业的前十。此外,邓杰向电动汽车资源网表示,“国新动力非常清楚对自身的定位,我们以众泰的微型电动车及陕西通家的物流车为切入点进入新能源汽车领域,让整个行业知道有我们这样一个企业,一家被动均衡电流可以做到业界最大,一家一体机可以直接与从控板搭配使用为客户节约成本的企业。我们目前已经拿到所有BMS的认证,包括QCT897、EMC实验报告、各种DV实验项目的报告、ROSH报告等等,并且我们的产品已经切入到大型箱式物流车,大巴车领域了”。目前,国新动力与比克电池、多氟多、天劲电池、苏州安靠、江西福斯特等十数家电池PACK厂商和众泰汽车、陕西通家、东风商用车、唐骏汽车等十数家汽车厂商均建立了良好的合作关系。BMS自动测试仪首次亮相值得一提的是,本次探访国新动力展位最大的收获,就是首次亮相的国新动力BMS自动测试仪,该设备可对市面上所有的BMS产品进行性能及功能检测。电动汽车资源网了解到,国新动力BMS自动测试仪是国新动力研发的一种真实BMS控制器加虚拟对象的半实物仿真测试技术,用高压电源、大电流恒流源、高速实时处理器、硬件I/O板卡、Labview软件、Matlab软件等组成虚拟对象模拟出BMS实际的状态,对BMS进行全功能的检测。“该产品有望成为BMS行业中,BMS产品出厂检验的标杆,业界现在对BMS在出厂时该测试哪些项目,达到什么精度没有非常明确的定义,国新动力敢为人先,在测试项目,精度上做出展示,并且精度是远高于QCT897标准的”,邓杰表示。据悉,此次国新动力BMS自动测试仪技术方面在应用上具备以下竞争优势:BMS产品的测试过程从试验台架中分离,增加了测试的便利性;可进行极限或危险条件下的BMS测试,而不会对人员或车辆造成危害,增加了BMS测试的安全性;便于模拟被控对象的各种工况和输入信号间的各种状态组合关系,增加了BMS测试的兼容性;快速模拟/重现复杂的故障模式,在BMS开发的前期阶段便可识别复杂故障的根源;缩短开发周期,节省开发成本;可做为BMS企业产线的下线检测设备;方便电池企业,PACK企业及OEMs对来料的BMS产品进行二次检验。正在研发据邓杰透露,国新动力已经完成主动均衡该技术的研发,正在对产品进行测试验证。电动汽车资源网了解到,当前国产新能源汽车主打的是中低端品牌,为了严格控制成本,主机厂的零部件需求是以“满足基本功能,成本较低”为准则,主动均衡技术的成本比被动均衡高出不少,在被动均衡满足基本功能的情况下,主机厂更愿意选择被动均衡的BMS。“如果要考虑到一个比例的话,主动均衡的实际应用比较少,主动均衡主要用在钛酸锂电池”,邓杰表示。不过,从电池的全生命周期考虑,主动均衡在实际的使用当中,能够降低电池的使用成本;维护比较简单,同时降低了电池的维护成本,运营维护成本;另外,主动均衡要比被动均衡避免了能量的浪费,整个电池的全生命周期得到了延伸,有利于电池的梯次利用。此外,邓杰还透露,目前国新动力正在和电池企业共同探讨动力电池全生命周期的监控,这包括在电池包生产出来后未包装阶段,电池包装车实际使用阶段及电池包梯次利用阶段。运用强大的云平台及大数据去处理全生命周期中采集到的数据,可以对电池的健康状态有一个超前的预见性。当然,这也碰到一些技术难点:“一是电池包在没有装车的时候BMS用电怎么解决?二是在电池包中无线信号弱怎么解决?如果解决了这两个问题,电池全生命周期监控的问题就可以得到答案。这也是很多电池企业所期待的。”
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谁知道哪里可以QCT 897-2011 电动汽车用电池管理系统技术条件
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这个BMS标准,哪里有第三方可以给出证书的,有谁知道吗?
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我不是要这个标准,我是说怎么证明我的产品符合这个标准?去哪里搞这个证书?
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现在这种第三方认证机构基本还是0啊
欢迎进入& && &21ic TI技术交流1群:(已满),&&21ic TI技术交流2群:
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这种认证够新的 国内估计没几家能做的
向往不断折腾的人生~
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还是去国家质检总局咨询一下吧。 新能源汽车的把关和检测还是要通过质检总局。
新浪微博:阿牛哥在北京
/brotherbull
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我咨询到 天津 中汽研 可以做。。。。还有广州中汽检测也可以做。。。。这个主要是为了电池准入用
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能做的机构可认同度怎么样,难道现在的BMS都是裸奔吗?
没有认证的BMS不是一直在跑?
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电池认证吧,BMS相关这一块还没齐全。
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能做的机构可认同度怎么样,难道现在的BMS都是裸奔吗?
没有认证的BMS不是一直在跑?
已经有很多BMS厂家通过这个认证了。但是这个标准本身就比较老,很多参数都已经过时了。所以,认证与不认证只是一个形式。目前的BMS大多高于这个标准。
应该是2年内会有新的标准出台。
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