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动力电池管理系统大比拼

动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?发布时间:2018-12-11 12:31:00 来源:价值为锚[摘要]整理了关于电池管理系统的资料。看完不禁对特斯拉的电池管理系统竖起了大拇指,果真牛!动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?没有完美,只有取舍在电池设计环节,厂商可以通过调整正极、负极和电解液的材料来达到不同的目的。不过,凡事都有取舍,完美电池并不存在。如果要强调安全性,那么就要牺牲能量密度,如果要获得重量方面的优势,那么就会导致更高的成本。总之,厂商需要在能量密度、安全性、重量、电压水平、成本等方面做好平衡,一方面最大化自己选择的优势,另一方面又要优化电池系统的整体表现,提升属性取舍所造成的短板。剖析特斯拉的BMS瑞银的拆解实验显示,特斯拉的电池管理系统是当今最成熟的系统。得益于深度学习和人工智能的充分应用,特斯拉的BMS可以不断获得实际驾驶的大数据,然后对算法进行自我强化,从而使特斯拉电池组的续航时间相对更长。续航里程是目前电动汽车渗透率提升所面临的主要问题,而特斯拉依靠领先的设计概念,在这一点上已显露出差异化的竞争优势。特斯拉Model3的BMS具有以下五大物理特性:1、4416颗低容量的小电池支撑起75千瓦时的系统。使用大量小电芯的好处是:更易保持电池系统的整体稳定性;可增加对未来设计及材料变化的适应性;可弥补材料的负面属性。下图为拆自Model 3 的电池包:动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?2、特斯拉自己研制的半导体和软件是实现精确管理的关键要素。基于内部研发的技术,特斯拉可以对每一颗电芯进行温度管理。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?特斯拉研制的两个芯片分别叫蝙蝠侠和罗宾汉,他们的具体功能依然是神秘的。但瑞银推测,只有38针的罗宾汉负责收集数据,而拥有64针的蝙蝠侠负责处理罗宾汉送过来的数据、监测电池的充电状态、管理电芯的平衡及统筹多系统的数据共享与合作。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?3、采用两阶段法进行电芯平衡,这对串联很重要。假如没有电芯平衡技术,不同电芯的电量会出现较大的差异,在充电时,同一组电芯有的充满至100%,而有的可能只充了60%,这时候为避免继续充电而造成温度失控,就不得不停止充电,从而造成了容量的浪费。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?而特斯拉一方面对大量的电芯进行筛选和分类,将质量相近的电芯捆绑在一起使用,另一方面采用了精确控制的电芯平衡技术,使得不同电芯组之间在并联时的电压差异只有2-3mV,相当于只有0.05-0.08%的偏差。通过这些努力,特斯拉的电池组不仅获得了更高的利用效率,还具备了相对较低的衰减速度。再说说两阶段的电芯主动平衡技术。实际上,蝙蝠侠与罗宾汉的CP组合并不是只有一对,而是拥有多对。首先,在每个模组的基板上都会有他们的身影,从而在模组层面实现精确控制。然后在高电压控制面板上,蝙蝠侠与罗宾汉会再次发挥作用,使四个电池模组实现同步运作,进一步提高系统的稳定性。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?4、NCA电池的弱点在于相对易燃性,但特斯拉通过使用不导热材料以及嵌入温度计的设计,降低了该弱点的影响。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?5、特斯拉可以积累与BMS建设相关的所有数据,包括驾驶、充电、电池温度、电池容量变动等。稍微懂一点深度学习和人工智能的朋友应该知道,这一点是多么的重要。而且,电池是能力储存及释放的装置,会循序一定的化学反应及物理定律,这些数据之间的关联是可以被经验数据所验证的,因此特斯拉设计的BMS在未来仍具有很大的发展潜力。五大特性带来了以下六大优势:1、市面上的多数电动汽车,在使用的4至8年内,电池容量会下降至80%以下,但大多数特斯拉的产品仍能保持在90%以上。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?上图是特斯拉Model S用户的电池使用数据图,在行使10万公里后,电池容量下降至90%-95%,行使20-30万公里后,电池容量仍在90%以上。电池的容量虽然在衰减,但特斯拉的衰减率确实令人满意。相比之下,日产Leaf的电池表现就差多了。由于电池包的不成熟设计(没有液冷系统),Leaf电池的衰减速度是出了名的快。2、特斯拉BMS的设计理念是允许出错的,因此具有很高的风险容忍度。系统事先已假定电芯会以一定的速率出现故障,所以会最大限度利用大数据来维护和管理大量的电芯,导致即使有一定程度的电芯出现故障,对整体系统的影响也会很小。由于使用了大量的小电芯,从统计上看,更容易减少不可控的范围。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?特斯拉的车型比其他品牌的车型多出了10倍的电芯数量,同样损坏一定数量的电芯,特斯拉的系统不痛不痒,而其他厂商的系统可能就崩溃了。在传统的设计方法中,电芯的故障是“不可接受的”,因此他们会严格要求电池供应商的供货质量,希望将故障率降至零。3、基于BMS的设计框架,电池系统容量的增加可谓轻而易举。特斯拉系统可使用相同的电池来满足轿车、卡车、跑车、SUVs及其他类型汽车的需求,只需调整并联和串联的配置即可。4、尽管NCA电池相对易燃,但依靠大数据的BMS可以防止金属沉积的形成以及温度的升高,从而使电芯容量的利用程度能够接近极限水平。5、在采用固态电池的情景下,差异化的电芯平衡技术将显得更为重要。Model3具备的技术,例如自行设计的控制芯片及软件、两阶段电芯平衡管理,以后将产生更为重要的作用。6、特斯拉的精控软件及硬件是自行研制的,而传统的汽车生产商大多将其外包给软件及半导体公司,这使得特斯拉更有能力应对未来市场的变化。特斯拉的BMS可补偿电芯设计的短板1、不断优化和升级。特斯拉的电芯无论在材料还是形状,都在追求更高的能量密度,辅以先进的电池管理系统来弥补电芯设计的短板。事实上,特斯拉BMS的调整每天都在进行,并通过远程管理进行升级。2、人工智能算法的优势或将扩大。特斯拉将与亚马逊合建一座4.8MWh的储能系统,届时特斯拉将获得为CPUs、DRAMs、空调等电子元件供电的大数据。特斯拉已经拥有利用人工智能来管理大型数据中心的丰富经验,结合即将获得的更高量级的数据,特斯拉可以轻松获得关于新想法的算法,或是仅通过汽车行驶数据无法获得的先进技术。3、电池利用效率仍有提升空间。随着特斯拉BMS精控管理能力的提升,有望通过降低安全裕度来实现电池组容量的提升。事实已证明,特斯拉有能力通过软件的管理来控制汽车的可用容量。例如在去年9月的佛罗里达飓风来临时,特斯拉为车主提升了电容15千瓦时,可额外行驶48公里的里程。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?特斯拉电池包的弱点上面说了许多特斯拉BMS的厉害之处,但其弱点也是十分明显的。1、电芯的安全性相对较差。特斯拉使用的NCA电芯更易燃,这是无法否认的。过去,Model S和 Model X都发生过多起燃烧事故。事实证明,火势一旦蔓延到电池包,燃烧很容易就会加剧。因为电池里充满了液态的乙二醇,这是容易导热的材料。不过,在新款的Model 3中,所有的电芯都用阻燃材料做了固定,相比过往的Model S和 Model X而言,变得更难燃烧。2、模组更换成本高。一般而言,在并联电路中,坏一些电芯并不会影响电池包的整体性能,但如果是模组损坏了,更换模组的成本会比Bolt更贵一些。因为Bolt有10个模组,而特斯拉只有4个模组。3、有瞬间失控的风险。特斯拉拥有卓越的电力控制技术,能够将所有数据聚合,并优化整个系统的运作表现。但问题是,电力控制系统也是需要电力供应的。一旦出现短暂的电力缺失,电力控制系统有可能不能及时激活,从而使安全保护和温度控制的功能失效。4、网络安全风险。随着汽车通信网络的普及,恶意软件和病毒所带来的风险也会增加。这些程序可能有机会重写电池管理系统的程序,通过停用功能、突然改变电池容量来导致电池变形或着火。雪佛兰的Bolt又如何?Bolt的BMS与特斯拉相比,有六个方面的差异值得注意:1、特斯拉的芯片是自行设计的,而Bolt的芯片却是外购的。例如,Bolt BMS中监控电压及温度的芯片是LG化学设计的,然后交由半导体制造商ST微电子生产。自行设计的产品可以有更好的适应性及更快速的调整能力。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?2、Model 3拥有18个BMS MCUs,而Bolt有25个。通过估算,Model 3的BMS MCUs价值72美元一个,而Bolt使用的MCUs价值84美元一个,差别不大。不过不排除特斯拉的成本更高,因为专利费用没有包含在估算模型内。3、Model 3的电芯平衡采用两阶段法,而Bolt只有一个阶段。由于Bolt只有单阶段的电芯平衡,如果增加电池容量,则容易会造成电芯平衡精确度的失衡,从而带来更快的衰减速度。4、特斯拉的BMS是分布式的,而Bolt的BMS是集中式的。特斯拉为了保险起见,安装了两个BMS的控制芯片,即使一个出现了故障,整个系统依然能够正常运作。而集中式的BMS可能会有较低的抗风险能力。动力电池管理系统大比拼,谁优谁劣?综合而言,特斯拉的BMS确实非常优秀。标签: 动力电池 锂电池相关阅读:氢燃料电池汽车发展的三大问题国内外动力电池企业大比拼,中国究竟弱在哪儿?木头也能做电池?青岛研发出低成本高性能电池12月12日快讯丨戴姆勒欲采购200亿欧元动力电池 现代汽车464亿元发展燃料...关于组团赴印度参加“2019印度国际电池展览会/国际交流会”的 通知三元电池价格太贵?充电桩不完善? 新能源汽车比燃油车贵的原因是这样!464亿元!现代汽车集团斥巨资发展燃料电池系统2019第四届中国国际氢能与燃料电池及加氢站设备展览会暨产业发展论坛召开...长城首款氢燃料电池汽车或将2022年面世动力电池高镍化风口已至?200亿欧元!戴姆勒动力电池采购大单将花落谁家?

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2018年12月12日 21:18
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