动力电池安全谁做主？做好PACK和BMS是关键
时间:2016-04-19 10:46来源:中国电池杂志-中国电池网 作者:西顾
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动力电池长期应用趋势毋庸置疑，但安全性能是消费者选择产品的首要标准。近期工信部“叫停”三元锂电池、新能源大巴接二连三起火自燃事故、5561辆大众纯电高尔夫 因“电池管理系统问题”召回等事件的接连发生，再度引发了公众对动力电池安全性能的关注。
对于动力电池的安全问题，除了电池材料技术路线争议外，业内普遍认为，PACK及BMS在保障电池安全方面的作用无可替代。
动力电池PACK成品由三部分构成，即电池模组、BMS和固定架外壳（涵盖了热管理、结构设计、高压控制、安全管理等内容）。其中，BMS被称为电动汽车动力电池系统的“大脑”，与动力电池、整车控制系统共同构成了电动汽车的三大核心技术。
电动汽车专家陈清泉院士曾表示：没有电池管理的电池包就是一个炸弹。BMS（Battery Management System），即电池管理系统是动力电池包的核心，均衡荷电量、使用寿命、使用安全等，都需要BMS来管控和优化，在新能源汽车产业链，BMS的产业价值十分重要。
公开资料显示，BMS具有防止过充、避免过放、温度控制、保持电池组件电压和温度平衡、预测电池的剩余电量和剩余行驶里程等功能。同时，BMS还具备实时监控并调整电池管理状态的能力、与多个平行子系统同步协调工作的能力。透过BMS能准确量测电池组使用状况，保护电池不至于过度充放电，平衡电池组中每一颗电池的电量， 以及分析计算电池组的电量并转换为可理解的续航力信息，确保动力电池安全运作。
在科技部发布的2016年国家“新能源汽车”试点专项文件中，动力电池与电池管理系统被列为重点研究任务，其中，“充电设施对BMS保护需求的响应率达100%”被列为对电动汽车基础设施运行安全与互联互通技术方面的考核指标之一。
尽管BMS对于电动汽车来说很重要，但由于在整车成本中的占比相对较低，长期以来不受整车企业的重视，缺乏设计和生产经验，要把BMS产品做精做强，国内企业在动力电池BMS领域仍有较长的一段路程要走，但由于新能源汽车产销量的突然爆发，迅速扩张的下游应用市场并未给BMS行业足够的成长时间。有研究报告预测到2020年，车用动力电池的市场规模将达到1200亿元。其中，乘用车使用的BMS系统约占10%-16%，商用车的约占3%-5%，届时国内电动车用BMS的市场规模将达170亿元。
伴随着锂电池产能大幅扩张，市场对BMS需求放量，比亚迪、国轩高科等整车企业、电芯企业也开始布局BMS领域。电池企业及整车企业在加速分食市场，PACK企业也有一套自己的生存之道。
“BMS尽管在整车成本中的占比较低，但对保障动力电池的安全性很重要。PACK企业要想生存，凭借的是BMS核心技术、BMS的整个方案的解决实力和服务能力”，近日，北京欧鹏巴赫新能源科技股份有限公司总经理干振桦接受中国电池网（微号：mybattery）采访时，详细介绍了从BMS以及PACK等角度，如何最大限度保障动力电池的安全性能。
北京欧鹏巴赫新能源科技股份有限公司（以下简称：欧鹏巴赫）成立于2012年12月，是专业的新能源汽车动力系统提供商，主营新能源汽车三大核心业务：动力电池组及管理系统、整车控制系统、新能源汽车动力总成的研发、生产和销售。目前公司年生产PACK系统能力约25000台套，主要客户有安徽江淮汽车股份有限公司、安徽安凯汽车股份有限公司、厦门金龙汽车集团股份有限公司、安徽星凯龙客车有限公司等。2015年年底，欧鹏巴赫申请新三板挂牌上市，2016年3月11日已取得全国股转公司同意挂牌通知函，获得股票代码：836765。
据干振桦介绍，随着电动汽车应用量的增加，电动汽车的安全性受到越来越多的关注，客观上促进了产品技术进步和行业发展。BMS涉及电子、电源、电池、控制等多种技术的综合应用，具有多学科交叉、技术复杂度高的特点。新能源汽车不同品牌不同型号的性能差异以及使用的地区环境差别很大，与之配套使用的各类系统设备本身往往也差异较大，从而要求系统提供商根据客户的需求在产品的创新、开发能力、个性化设计方面做出快速反应。PACK企业想要分享新能源汽车产业发展红利，就必然要依靠比电池生产企业、整车企业更专业的技术及更好的成本控制以及更专业的自动化制造来实现与整车厂的合作。
作为专业从事PACK和BMS研发、制造和销售的企业，欧鹏巴赫在电池管理系统领域进行了多年研究开发，具有较强的技术研发实力。截至2015年8月底，公司共有16项软件著作权，6个发明专利，涵盖了BMS、锂电池等领域，技术处于行业领先水平。
在使用安全方面，欧鹏巴赫注重从以下几个方面保障动力电池使用的安全性：
1、重视电芯等关键零部件的准入和质量管控。公司成立了具备国标试验检测水平的电芯及PACK产品试验验证实验室，建立了电池芯测试评价体系和产品试验验证体系，确保电芯准入和产品研发有数据支持，降低了电芯滥用风险。
2、公司技术团队在充分理解动力电池结构及性能特点的基础上，研发模块化PACK结构，从而提升电池PACK的机械可靠性和工艺的可靠性，降低了电池组机械滥用风险。
3、公司重视制造能力的提升，设计建立了自动化的模组生产线和柔性化的PACK组装线；建立了制造信息管理MES和ERP系统。
4、欧鹏巴赫坚持根据产品应用领域进行针对性产品设计的产品开发理念，加强对PACK加热、冷却和温度控制系统等核心技术的开发和试验，有力地改善了电池对环境稳定敏感的特性，减少了环境滥用风险。
“欧鹏巴赫目前在电池管理系统上使用温度传感器和电池热模型状态估算的方法，防止电池PACK过热，即使在温度传感器失效的情况下也能防止电池温度过温。对于目前讨论比较多的平衡方案，目前公司的BMS可以根据客户的要求进行被动平衡，以及基于反激变压器的主动平衡，主动平衡的硬件成本要高一些。”干振桦表示，“另外，在设计上，我们会按照客户的要求进行风冷及水冷的设计，让电池工作在合适的温度，提供电池寿命。模组器件使用高性能阻燃材料。绝缘处理各连接件，确保不会出现因连接件短路而引起火灾。”
从系统角度，欧鹏巴赫从2009年就开始按照ISO26262标准体系展开工作，建立了完善的失效及风险分析库：
【BMS】
1、基于温度传感器（每个小的模块都有温度传感器）和烟雾传感器，判断电池的异常，及时给驾驶员发出报警信号，然后切断车辆的高压系统。
2、检测动力电池的异常电阻，当检测到回路电阻异常变化的时候（接插件松动/螺丝松动产生/电池异常），及时给驾驶员发动警报，切断高压。
3、远程监控系统，会根据传输的参数及经验模型判断电池状态，及时的反馈给终端系统。
【PACK】
在干振桦看来，大家认为动力电池的不安全性，本质上是由于目前电池的不足造成的，欧鹏巴赫在PACK设计方面采取以下措施：
1、在单体的选择比较重要，由于公司是独立的PACK制造企业，电池单体可以灵活的选择国内外使用量大的，并且安全性好，不易发生着火及爆炸的电池。
2、增加自动灭火器，检测到火源产生的时候，自动灭火。
3、电池箱体增加卸压阀，防止压力的累积。
4、箱体及模块材料选择耐高温阻燃材料。
5、针对每一款电池，都会做模块的燃烧测试，确保在高温灼烧的时候不会起火及爆炸。
6、对电池箱进行CAE热设计，设计良好的热管理系统，防止电池箱体在高温使用环境下过热。
7、选择使用防松动的螺栓。
在质量管理方面，欧鹏巴赫通过了TS16949、ISO14001等认证，严格按照汽车行业要求进行质量管理。
1、原材料保障：采用严格的供应商准入机制，确保供应商能够提供优良、一致性强的产品；尤其是电芯供应商，除了满足国家标准、生产资质等要求，还需要满足欧鹏巴赫制定的企业标准；经过评测合格后才能开始供货。
2、产品验证：严格按照15年的新国标进行验证设备的采购，进行模组、PACK级别验证，确保产品满足客户要求。
3、过程/出货管控：采用自动化生产线设计、确保产品一致性强；MES系统监控每个产品、每个工序的质量数据并加以判定，确保产品不合格品不流入下道工序；工序间和下线建立防错系统。
4、关键特性控制：确保产品100%全检且可追溯，不仅仅按照标准进行控制，检验过程中，即使合格，数据变异大也进行分析，找出根本原因，降低风险系数。
从使用安全，到BMS及PACK系统成组，再到质量管理，欧鹏巴赫全方位的产品安全保障，赢得了品牌车企的高度认可。2015年欧鹏巴赫相继获得南京特种汽车制配厂有限公司和中盐安徽红四方锂电有限公司的大额订单，近期又与安徽安凯汽车股份有限公司、厦门金龙联合汽车工业有限公司签署大额订货合同，早期工厂的产能已无法满足当下客户需求，于2015年4月投资成立合肥欧鹏巴赫，新建四条现代化、自动化的 PACK产线（可满足软包/方形铝壳/18650的全自动生产）， 2015年11月两条产线已试生产。
(责任编辑：admin)
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