超思維文藝：高精度BMS解決方案
發(fā)布時(shí)間：
2018-01-23
1月16日，2018首屆中國(guó)（成都）新能源汽車(chē)高峰論壇在成都盛大開(kāi)幕。在第二屆中國(guó)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展高峰論壇上，深圳市超思維電子股份有限公司執(zhí)行副總經(jīng)理文藝分析，BMS的發(fā)展跟新能源汽車(chē)的發(fā)展非常類似，都要經(jīng)歷一個(gè)成熟期。目前BMS跟新能源汽車(chē)正處于快速增長(zhǎng)期階段。他預(yù)計(jì)，2019年整個(gè)市場(chǎng)會(huì)進(jìn)入成熟期，屆時(shí)技術(shù)門(mén)檻會(huì)逐漸提高，掌握核心技術(shù)的企業(yè)會(huì)快速搶占市場(chǎng)。文藝在會(huì)上演講的主要內(nèi)容包括：BMS行業(yè)分析、BMS技術(shù)現(xiàn)狀、超思維BMS解決方案。
以下為文藝演講全文（略有刪減）：
一、BMS行業(yè)分析
1、2015-2016年BMS市場(chǎng)處于成長(zhǎng)早期，政策紅利帶來(lái)巨大的市場(chǎng)空間的同時(shí)也促使資本大量進(jìn)入，BMS企業(yè)數(shù)量快速增長(zhǎng)。
2、2017年技術(shù)壁壘逐漸提高，掌握核心技術(shù)的企業(yè)快速搶占市場(chǎng)空間。預(yù)計(jì)2019年市場(chǎng)將會(huì)進(jìn)入成熟期。
3、目前電池系統(tǒng)占整車(chē)成本較高，而B(niǎo)MS作為電池系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，降低其成本對(duì)降低電池系統(tǒng)成本也很重要。
4、通過(guò)器件、平臺(tái)通用化等技術(shù)設(shè)計(jì)可以降低開(kāi)發(fā)成本，同時(shí)規(guī)模生產(chǎn)化后可以有效降低成本。
電池系統(tǒng)在整車(chē)占比成本非常高，BMS作為一個(gè)關(guān)鍵的器件，雖然成本占比不是最大，但是它對(duì)整個(gè)電池包系統(tǒng)的成本下降也有舉足輕重的作用。因此，可以通過(guò)優(yōu)選器件，包括平臺(tái)通用化，通過(guò)前端的技術(shù)降本來(lái)降低整體的成本。
以經(jīng)營(yíng)態(tài)勢(shì)分類，目前BMS企業(yè)存在三類企業(yè)：第一類是像超思維這樣的第三方的BMS企業(yè)，還有兩類是整車(chē)以及動(dòng)力電池企業(yè)。由于整車(chē)企業(yè)對(duì)工況理解更全面，因此在軟件的調(diào)試包括軟件的編制有他的優(yōu)勢(shì)。而動(dòng)力電池企業(yè)有大量的電池積累數(shù)據(jù)，對(duì)電芯有一定的了解和認(rèn)識(shí)。作為第三方的BMS企業(yè)，不僅掌控了BMS核心技術(shù)，還擁有完整的電子電控的專業(yè)開(kāi)發(fā)體系，并可對(duì)成本和品質(zhì)進(jìn)行合理管控。未來(lái)車(chē)企或動(dòng)力電池企業(yè)會(huì)與第三方BMS企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)BMS應(yīng)用層，但為了更合理的品質(zhì)和成本的管控，在硬件和底層軟件開(kāi)發(fā)以及生產(chǎn)制造方面會(huì)更依賴專業(yè)第三方BMS企業(yè)。
二、BMS技術(shù)現(xiàn)狀
電池管理系統(tǒng)的目的是實(shí)現(xiàn)電池組的安全、穩(wěn)定、可靠、有效、經(jīng)濟(jì)的的使用。
核心算法方面，對(duì)于相同容量的電池，SOC的估算精度高，可精確動(dòng)態(tài)估計(jì)電池剩余容量，最大程度地提升動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全利用效能。所以，高精度的SOC估算可以相對(duì)有效地降低所需要的電池成本。但由于新能源汽車(chē)電池在使用過(guò)程中表現(xiàn)的高度非線性，使準(zhǔn)確估計(jì)SOC具有很大難度。SOC算法是相關(guān)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。
用這張非常直觀的圖可以看出來(lái)，一個(gè)達(dá)到了47千瓦時(shí)的電池包標(biāo)稱里程是300公里，一般跑下來(lái)就是240公里，如果應(yīng)用了高精度SOC的算法，可以跑到280公里以上。但是使用過(guò)程當(dāng)中表現(xiàn)出來(lái)的高度的非線性，具有不確定性，因此核心算法是我們的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。
第二方面是均衡控制。主動(dòng)均衡技術(shù)相對(duì)比較復(fù)雜，成本也比較高，充電放電都有均衡，效率應(yīng)該比較高。被動(dòng)均衡比較簡(jiǎn)單，成本低，但是使用效率低，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。隨著我們這個(gè)電芯企業(yè)的電池的一致性的提升，均衡這方面的作用會(huì)越來(lái)越弱化。
第三方面是安全功能。BMS在安全方面主要側(cè)重于對(duì)電池的保護(hù)，以及防止高電壓和高電流的泄漏，其所必備的功能有：過(guò)充過(guò)放電控制、高低溫控制、碰撞斷電及絕緣檢測(cè)技術(shù)等多重安全保護(hù)技術(shù)。
除了高壓安全問(wèn)題，電磁輻射、環(huán)境、機(jī)械和材料可靠性等問(wèn)題對(duì)系統(tǒng)功能的安全實(shí)現(xiàn)是極為重要的，而當(dāng)前主要遵照ISO26262標(biāo)準(zhǔn)體系中要求。依靠完善的研發(fā)體系、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拈_(kāi)發(fā)流程和規(guī)范化的軟硬件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)保障產(chǎn)品的功能安全可靠。
BMS專利申請(qǐng)情況
BMS專利申請(qǐng)情況是容易被人忽視的一個(gè)方面，在下面的左圖可以看出，發(fā)明專利占比專利申請(qǐng)總量50%，側(cè)面反映電池管理系統(tǒng)作為新領(lǐng)域，技術(shù)發(fā)展方向尚未定型，仍具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。右邊的圖是申請(qǐng)的類型，我們發(fā)現(xiàn)電池管理系統(tǒng)的核心技術(shù)SOC估算、均衡和絕緣檢測(cè)技術(shù)專利申請(qǐng)量占比較小，大部分為系統(tǒng)的硬件電路和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)專利，反映出行業(yè)尚未完成對(duì)核心專利的成熟布局。在三類核心技術(shù)中，均衡技術(shù)占比相對(duì)較大，反映出當(dāng)前各企業(yè)對(duì)均衡技術(shù)的重視。
SOC估算常用方法有電壓估算、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)算法、卡爾曼濾波算法，這些算法在實(shí)際上都有在應(yīng)用。
從國(guó)家的政策導(dǎo)向角度來(lái)看，這里實(shí)際上提了三個(gè)方面的要求：第一是SOC、SOP的估計(jì)誤差絕對(duì)值≤3%，第二是單體電池之間的最大溫差應(yīng)≤2℃，第三是符合ISO 26262 ASIL-C 功能安全要求及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。從未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，行業(yè)需要一個(gè)更精準(zhǔn)，誤差更小，符合重大安全要求的BMS。
三、超思維BMS解決方案
超思維的BMS更強(qiáng)調(diào)可靠、精度、主動(dòng)均衡、安全性能。這也是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，它做到了模塊化，短開(kāi)發(fā)周期，以及低成本等。我們認(rèn)為，一個(gè)完整的BMS系統(tǒng)應(yīng)該包括：
1) 精準(zhǔn)的SOC、SOP、SOH估算；
2) 有效的動(dòng)態(tài)均衡控制策略；
3) 容錯(cuò)、糾錯(cuò)機(jī)制；
4) 基于安全的跛行模式。
一個(gè)好模型，能夠反應(yīng)電池真實(shí)完整的動(dòng)態(tài)特性，不隨工況或時(shí)間而變，不隨電池的老化程度而變。一個(gè)好算法，具有高精度和高魯棒性，不隨工況或者時(shí)間而變，不隨電池的老化程度而變。具備全工況、全天候和全生命周期對(duì)電池SOC, SOP, SOH 進(jìn)行實(shí)時(shí)在線估算能力。
超思維高精度BMS實(shí)現(xiàn)
在中國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《QC/T 897-2011》條件下，超思維對(duì)SOC范圍包括SOC≥80％、80％>SOC>30％和SOC≤30％三種條件下進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果表明，SOC估算精度誤差＜3%，遠(yuǎn)低于8%的限值。
除了SOC算法，主動(dòng)均衡方面，超思維是基于變壓器架構(gòu)的電能轉(zhuǎn)移的主動(dòng)均衡技術(shù)。在絕緣監(jiān)測(cè)方面，超思維用了不平衡橋的自適應(yīng)算法，抗干擾能力強(qiáng)，能提高實(shí)時(shí)在線的檢測(cè)精度。同時(shí)用大數(shù)據(jù)監(jiān)控，采用最新的互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，精準(zhǔn)的對(duì)車(chē)輛狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控，使得產(chǎn)品處于一個(gè)比較領(lǐng)先的水平。
此外，超思維采用業(yè)界領(lǐng)先的3V型開(kāi)發(fā)模式，遵循ISO26262功能安全，在產(chǎn)品上市前超思維也做了大量的產(chǎn)品可靠性的實(shí)驗(yàn)，確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性和一致性。
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