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宁德时代BMS部长张伟:动力电池大脑如何助力全面电动化?

文章来源:admin 更新时间:2019-09-19

当地时间下午三点,宁德时代BMS部长张伟先生为现场观众奉献了一场精彩的BMS技术优势讲解。

图1

请搬好小板凳,且看动力电池大脑如何助力汽车和能源变革。

什么是BMS?

众所周知,纯电动汽车的动力输出依靠电池,而电池管理系统BMS(Battery Management System)则是其中的核心,负责控制电池的充电和放电以及实现电池状态估算等功能。

电芯自加热技术

在寒冷的冬天,如何降低里程衰减,是大多数车主在购买新能源电动车时的一大顾虑。

为此,宁德时代开发出了电芯自加热技术,实现了“加热一刻钟,畅行雪地中”。

使用BMS控制算法和整车动力总成架构,可以控制电芯在短时间内快速充放电,使得电芯从内部发热,实现电芯自加热效果。

图2

目前实验测试效果可达2℃/min的加热速率,并且整个加热过程中电芯温差不超过4℃,最重要的是,整个加热方案,不增加任何系统成本。

快充技术

传统的电动汽车电池管理系统(BMS)基于线下标定的充电曲线与当前的充电电压来控制充电电流。这种方法未考虑电芯内部实际的电化学状态,也不能保证电池的耐久与安全性。

宁德时代研发的快速充电算法——恒电势闭环控制算法,其核心是通过计算电池内部电势锂离子浓度分布,提升电芯充电的速度与安全性。

原理是基于电化学模型,通过控制阳极电势高于析锂电位阈值,最大化输入充电电流,而电流的输入会继续影响电池内电势分布,从而形成一个闭环控制,使得电池在不发生析锂的前提下充电时间最短。

我们的电化学模型会耦合热、力等物理场温度预估模型,从机理角度加入老化对模型的影响,实现全生命周期的在线控制。

相比于传统的充电技术,宁德时代快速充电算法能充分发挥自主研发的快充型电芯的快充性能,电芯充电速度提升一倍,实现15min电芯电量从0%增加至80%。

无线BMS

长时间使用之后,电池系统的线束接插件可能会老化失效。针对这个挑战,宁德时代设计了无线BMS,通过无线BMS技术,省去了线束以及接插件,简化了安装工艺。

即使出现由于交通事故造成的BMS主控板损坏等问题,也可以通过车外的无线BMS工具实现对电芯的实时监控,从而杜绝二次事故的发生。

此外,宁德时代的无线BMS方案在仓储运输以及下线成组方面也有很大的优势。

如果无线BMS结合键合工艺做成标准模组,便可以实现智能电芯的效果,随时可以检测任意一个电芯的状态。

诊断功能的充电站

电芯的残值评估对于新能源电动车主来说,也是非常想了解的一个信息。对此,宁德时代开发了电芯诊断算法,车主只需将自己的爱车插到带有宁德时代电芯诊断功能的充电站上,BMS便会通过该充电站完成电芯的检测,向用户呈现一个完整详细的电芯检测报告。

该技术在汽车保险、二手车市场、汽车年检等方面会有极大应用空间。

V2G

新能源汽车大规模推广后,无序充电将会对电网造成巨大冲击。宁德时代通过V2G技术可实现车网互动,电动汽车成为分布式移动式储能,不但可以避免冲击,还可以实现电网的削峰填谷。

同时,我们还考虑到了另外一个方面,即如何让电动车用户利用自己的车盈利,这是很有趣的一个话题。假设你有一辆续航里程500公里的车,如果每天只跑50公里,那剩下的电不就浪费了?但是,如果你在晚上电价低的时候充满电,在用电高峰时把这个电送到电网上,卖出去,你就能挣钱了。

而V2G技术刚好可以实现这个目的,V2G即Vehicle to Grid,中有一个典型的盈利模式是峰谷套利,即谷价时充电,峰价时向电网“卖电”,从而实现峰谷套利。此外,通过连接V2G装置,用户可以响应电网的旋转备用、调频等需求,在完成这些V2G响应任务后,由电网支付差价给电动车车主。

V2G技术中长寿命电芯以及V2G装置是比较核心的两个技术点,对此,宁德时代开发了长寿命电芯,完全可以满足V2G工况的使用需求。同时我们也开发了V2G装置,在不改电动车硬件结构的基础上,为电动车赋予了V2G功能。

图3

这是电动汽车与能源互联网的融合发展后令人向往的美好愿景。

未来的电动汽车是智能交通、智慧城市的基本单元,从而推动能源革命、信息革命、交通革命,较大程度上破解长期困扰我们的能源、环境等痛点和难点问题,重塑未来的出行体验。

安全核心算法

基于对电化学机理的深度了解,宁德时代研发出不同的电池模型:老化模型/OCV模型/内阻模型/Crack模型/滞后模型等,去计算SOC/SOH/SOP/SOE/Balance,我们的模型满足对电芯/模组/pack/整车不同层级的验证。

数以万计的工况测试验证:四季测试/标准工况测试/客户工况测试/宁德时代基于工况数据进行内部研发工况测试;在多种SOC范围内进行验证;不同车型上验证(BEV/PHEV/HEV)

原理:通过电池模型进行在线的实时预估,通过预估与实测的差值反修正参数,再结合多种修正算法进行参数在线更新,形成自修正闭环控制算法,可以将误差降低至极小的可接受范围内,从而实现安全核心算法。

平台化

以上的解决方案,宁德时代均已进行平台化开发,主要平台分为Car平台和Bus平台。通过平台化开发,对所有的内外部需求进行了有效的管理和跟踪,大幅提高了软硬件开发质量,同时可以大大的缩短开发周期。可以做到了“One Software Platform, Different System Derivates”。

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