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中國應加強動力電池開發并完善交流充電標準

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時間:1900/1/1 0:00:00

6月26日至27日,在深圳舉行的第三屆(2012)國際新能源汽車高峰論壇上,北汽福田汽車工程研究院副總工程師馮力分析了動力電池制造商發展中存在的共性問題:

(1) 對整車系統和運行條件缺乏了解;②只有動力電池被開發為一個獨立的組件;③很少考慮與整車系統的相互作用,這導致了系統級的問題;④系統安全設計不足,缺乏FEMA分析,ASIL水平低。

提高動力電池BMS軟件能力

對于市場上現有動力電池系統存在的問題,他認為,大多數動力電池制造商的BMS軟件能力需要在以下四個方面進行改進:

1.1.1.BMS軟件開發模型采用傳統的C代碼,不采用基于模型開發的V模式。由于大量時間是手工編寫代碼,在項目時間有限的情況下,算法開發、驗證和測試的時間被壓縮,可能存在安全風險。

2.軟件開發不是一個模型,因此無法建立程序的軟件架構,其可移植性較差。

3.缺乏從單個測試項目制定、單個測試、數據分析、模型訓練、HIL測試和系統/車輛測試的過程,這將影響軟件的可靠性。

4.動力電池是一個復雜且高度非線性的控制對象。溫度、放電電流、使用時間、單體稠度和SOC等因素將對整個動力電池的壽命、性能和安全性產生重大影響。目前,許多動力電池制造商只使用一些簡單的曲線來表達電池的技術特性,這將影響電池的性能和安全性。由于這些曲線是單電池而不是電池的,并且缺乏-20℃、-30℃和-40℃等低溫曲線,因此車輛制造商必須對電池進行完整、準確的重新測試,所獲得的曲線特性與電池制造商提供的曲線特性大不相同。

例如,制造商的電池壽命超過1800倍,但電池壽命不到500倍。這主要是由于BMS的功能設計不足造成的。

非汽車級動力電池BMS的硬件設計

馮力還指出了行業內動力電池BMS的非汽車硬件設計問題。

1.BMS使用了大量的非汽車部件,即使在整車正常工作的情況下,BMS系統部件也可能出現故障,從而導致整個系統出現問題。

2.相關產品的生產質量不足,在生產過程中經過修補和簡單測試后才進入市場,因此產品的生產可靠性太低,無法滿足汽車使用環境的要求。例如,低溫無法正常啟動,高溫燒壞,車內電磁環境正常,溫度漂移過大。

3.汽車零部件PCB的設計能力,特別是電池系統等高安全性產品的設計能力不足以滿足汽車產品的安全和質量要求。例如,MARK設計不標準,高速生產時設備位置會發生偏移;焊料大面積暴露,容易掛焊珠,降低產品可靠性,增加短路風險;當通孔暴露在外時,錫珠會在汽車運行的振動環境中脫落,從而可能導致短路的風險。

此外,對于電池模塊,由于早期缺乏CAE/CAD分析,目前許多電池的熱設計不足;

接線不合理,這表明電池組不同位置的模塊之間的電位差較大,這增加了模塊之間的差異。

馮力表示,基于上述考慮,福田新能源汽車使用的動力電池模塊具有較強的熱設計能力,保證了電池溫度場的梯度分布,保證了蓄電池的性能和壽命。動力電池模塊的線束經過優化,以最大限度地減少線束對模塊的差異影響。

中國沒有家用電動汽車的公共充電設施。

自2009年以來,中國的私人電動汽車數量只有幾千輛。盡管國家和地方政府的綜合補貼高達6萬元,但仍未能有效吸引用戶。寶馬集團新能源汽車充電系統項目經理Albrecht Pfeiffer表示:“這是由于缺乏私人充電設備和對公共充電設備的擔憂。”

對于電動汽車的發展,菲弗表示,只有家用汽車才能真正推動這個市場的普及。

電動汽車是一種創新產品,價格昂貴。它們首先被引入高端市場,然后進入大眾市場。高端用戶需要的是良好的用戶體驗、便利性和舒適性。這也意味著,未來幾年,家用電動汽車的充電將成為包括中國在內的全球市場的首要任務。必須在居民區建立面向大眾市場的路邊充電設施。

盡管中國有一些充電設施,但私人用戶的充電樁沒有接入電網,處于閑置或關閉狀態。此外,中國沒有統一的公共充電站計費系統;

電動汽車示范運營城市的解決方案是分散的,并不普遍。

目前,在歐美和日本的充電設施市場上,住宅區充電是主流,其次是工作場所和公共場所。然而,由于中國的家庭經濟結構和水平與上述國家有很大不同,很可能會有不同的優先事項。

因為它可以隨時隨地充電,所以在家和工作場所充電的情況占到了總數的80%。即使在最低供電量的情況下,用戶也可以在晚上實現Wally。

Pfeiffer建議,中國的綜合充電設施應按照以下優先步驟逐步實現:房屋和別墅的家庭充電(不單獨計量),社區和停車場的私人充電(單獨計量/充電),購物中心和餐館等小型公共場所收費(單獨計量/收費或免費),高速公路和加油站等公共場所快速收費(單獨計價/收費)。

政府應制定停車場供電的相關政策、指導方針和補貼。例如,香港政府通過授權土地租賃經營者、委員會和物業管理機構,促進并鼓勵在停車場和建筑物周圍安裝充電設施。同時,政府還應制定統一的充電和收費標準,確保所有充電設備都能接入家用電表獨立使用。

目前,德國和美國的汽車制造商建議使用交直流聯合充電系統(CCS),原因如圖1所示。中國和日本沒有CCS系統。CCS將各種現有的交流連接器集成到一個系統中,形成一個標準的通用AC/DC充電接口(見圖2)。從2017年起,歐洲汽車制造商將只采用Type2/Combo2充電系統。

圖1德國和美國汽車制造商推薦使用交直流聯合充電系統(CCS)的原因

圖2聯合充電連接器的概念

此外,菲佛指出,中國的交流充電標準與國際標準有11個明顯差異,其中3個存在安全風險。目前,中國尚未定義PWM(脈寬調制)的占空比。在GB/T20234.2-2011標準中,刪除了對PWM占空比的描述。GB/T18487.1標準的最新版本應包括PWM的占空比,但不包括PWM的描述(見圖3)。不同工作循環的共存將導致安全風險。如果沒有用于高級通信的PWM指示點,則不可能將直流充電與現有Combo相結合。

圖3 iec與中國國家標準PWM發展的歷史對比

他建議,如果中國采用IEC的PWM占空比,可以避免對OEM和客戶的干擾/刺激,同時也可以支持中國非均勻交直流充電標準的發展。

(編輯/李燕郊)6月26日至27日,在深圳舉行的第三屆(2012)國際新能源汽車高峰論壇上,北汽福田汽車工程研究院副總工程師馮莉分析了動力電池制造商發展中存在的共性問題:

(1) 對整車系統和運行條件缺乏了解;②只有動力電池被開發為一個獨立的組件;③很少考慮與整車系統的相互作用,這導致了系統級的問題;

④ 系統安全設計不足,缺乏FEMA分析,ASIL水平低。

提高動力電池BMS軟件能力

對于市場上現有動力電池系統存在的問題,他認為,大多數動力電池制造商的BMS軟件能力需要在以下四個方面進行改進:

1.1.1.BMS軟件開發模型采用傳統的C代碼,不采用基于模型開發的V模式。由于大量時間是手工編寫代碼,在項目時間有限的情況下,算法開發、驗證和測試的時間被壓縮,可能存在安全風險。

2.軟件開發不是一個模型,因此無法建立程序的軟件架構,其可移植性較差。

3.缺乏從單個測試項目制定、單個測試、數據分析、模型訓練、HIL測試和系統/車輛測試的過程,這將影響軟件的可靠性。

4.動力電池是一個復雜且高度非線性的控制對象。溫度、放電電流、使用時間、單體稠度和SOC等因素將對整個動力電池的壽命、性能和安全性產生重大影響。目前,許多動力電池制造商只使用一些簡單的曲線來表達電池的技術特性,這將影響電池的性能和安全性。由于這些曲線是單電池而不是電池的,并且缺乏-20℃、-30℃和-40℃等低溫曲線,因此車輛制造商必須對電池進行完整、準確的重新測試,所獲得的曲線特性與電池制造商提供的曲線特性大不相同。

例如,制造商的電池壽命超過1800倍,但電池壽命不到500倍。這主要是由于BMS的功能設計不足造成的。

非汽車級動力電池BMS的硬件設計

馮力還指出了行業內動力電池BMS的非汽車硬件設計問題。

1.BMS使用了大量的非汽車部件,即使在整車正常工作的情況下,BMS系統部件也可能出現故障,從而導致整個系統出現問題。

2.相關產品的生產質量不足,在生產過程中經過修補和簡單測試后才進入市場,因此產品的生產可靠性太低,無法滿足汽車使用環境的要求。例如,低溫無法正常啟動,高溫燒壞,車內電磁環境正常,溫度漂移過大。

3.汽車零部件PCB的設計能力,特別是電池系統等高安全性產品的設計能力不足以滿足汽車產品的安全和質量要求。例如,MARK設計不標準,高速生產時設備位置會發生偏移;焊料大面積暴露,容易掛焊珠,降低產品可靠性,增加短路風險;當通孔暴露在外時,錫珠會在汽車運行的振動環境中脫落,從而可能導致短路的風險。

此外,對于電池模塊,由于早期缺乏CAE/CAD分析,目前許多電池的熱設計不足;

接線不合理,這表明電池組不同位置的模塊之間的電位差較大,這增加了模塊之間的差異。

馮力表示,基于上述考慮,福田新能源汽車使用的動力電池模塊具有較強的熱設計能力,保證了電池溫度場的梯度分布,保證了蓄電池的性能和壽命。動力電池模塊的線束經過優化,以最大限度地減少線束對模塊的差異影響。

中國沒有家用電動汽車的公共充電設施。

自2009年以來,中國的私人電動汽車數量只有幾千輛。盡管國家和地方政府的綜合補貼高達6萬元,但仍未能有效吸引用戶。寶馬集團新能源汽車充電系統項目經理Albrecht Pfeiffer表示:“這是由于缺乏私人充電設備和對公共充電設備的擔憂。”

對于電動汽車的發展,菲弗表示,只有家用汽車才能真正推動這個市場的普及。

電動汽車是一種創新產品,價格昂貴。它們首先被引入高端市場,然后進入大眾市場。高端用戶需要的是良好的用戶體驗、便利性和舒適性。這也意味著,未來幾年,家用電動汽車的充電將成為包括中國在內的全球市場的首要任務。必須在居民區建立面向大眾市場的路邊充電設施。

盡管中國有一些充電設施,但私人用戶的充電樁沒有接入電網,處于閑置或關閉狀態。此外,中國沒有統一的公共充電站計費系統;

電動汽車示范運營城市的解決方案是分散的,并不普遍。

目前,在歐美和日本的充電設施市場上,住宅區充電是主流,其次是工作場所和公共場所。然而,由于中國的家庭經濟結構和水平與上述國家有很大不同,很可能會有不同的優先事項。

因為它可以隨時隨地充電,所以在家和工作場所充電的情況占到了總數的80%。即使在最低供電量的情況下,用戶也可以在晚上實現Wally。

Pfeiffer建議,中國的綜合充電設施應按照以下優先步驟逐步實現:房屋和別墅的家庭充電(不單獨計量),社區和停車場的私人充電(單獨計量/充電),購物中心和餐館等小型公共場所收費(單獨計量/收費或免費),高速公路和加油站等公共場所快速收費(單獨計價/收費)。

政府應制定停車場供電的相關政策、指導方針和補貼。例如,香港政府通過授權土地租賃經營者、委員會和物業管理機構,促進并鼓勵在停車場和建筑物周圍安裝充電設施。同時,政府還應制定統一的充電和收費標準,確保所有充電設備都能接入家用電表獨立使用。

目前,德國和美國的汽車制造商建議使用交直流聯合充電系統(CCS),原因如圖1所示。中國和日本沒有CCS系統。CCS將各種現有的交流連接器集成到一個系統中,形成一個標準的通用AC/DC充電接口(見圖2)。從2017年起,歐洲汽車制造商將只采用Type2/Combo2充電系統。

圖1德國和美國汽車制造商推薦使用交直流聯合充電系統(CCS)的原因

圖2聯合充電連接器的概念

此外,菲佛指出,中國的交流充電標準與國際標準有11個明顯差異,其中3個存在安全風險。目前,中國尚未定義PWM(脈寬調制)的占空比。在GB/T20234.2-2011標準中,刪除了對PWM占空比的描述。GB/T18487.1標準的最新版本應包括PWM的占空比,但不包括PWM的描述(見圖3)。不同工作循環的共存將導致安全風險。如果沒有用于高級通信的PWM指示點,則不可能將直流充電與現有Combo相結合。

圖3 iec與中國國家標準PWM發展的歷史對比

他建議,如果中國采用IEC的PWM占空比,可以避免對OEM和客戶的干擾/刺激,同時也可以支持中國非均勻交直流充電標準的發展。

(編輯/李燕郊)

標簽:大眾福田寶馬

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