中国应加强动力电池开发并完善交流充电标准

    在6月26～27日深圳举行的第三届（2012）国际新能源汽车高峰论坛上，北汽福田汽车工程研究院副总工程师李峰分析了动力电池厂商开发时存在的普遍问题：

　　①对整车系统及运行工况缺乏了解；②只把动力电池作为孤立的零部件开发；③很少考虑与整车系统之间的相互影响，导致了系统层级的问题；④系统安全设计不足，缺乏FEMA分析，ASIL等级过低。

提高动力电池BMS软件能力

　　对于市场现有动力电池系统存在的问题，他认为，大部分动力电池厂商的BMS软件能力需要在以下4个方面提高：

　　1.BMS软件开发模型采用传统的C代码，没有采用基于模型开发的V模式。由于大量时间用于手工编写代码，在项目时间有限的情况下，导致算法开发、验证测试的时间被压缩，可能存在安全隐患。

　　2.软件开发不是居于模型，无法建立程序的软件架构，可移植性较差。

　　3.缺乏从单体测试项制订、单体测试、数据分析、模型训练、HIL测试、系统/车载测试的流程，因此，会影响软件的可靠性。

　　4.动力电池是复杂、高度非线性的控制对象。温度、放电电流、使用时间、单体一致性和SOC等因素都会对整个动力电池的寿命、性能和安全有很大影响。目前，很多动力电池厂商只是用一些简单的曲线表示电池的技术特性，这将影响电池的性能及安全。由于这些曲线是单体电池而非电池组的，且缺乏低温如-20℃、-30℃、-40℃的曲线，所以，整车厂商不得不重新对电池组进行全面、精确的测试，所得曲线特性与电池厂商提供的有很大差别。

　　例如，某厂商的电池组，单体寿命大于1800次，但电池组的寿命只有不到500次。这主要是BMS功能设计不足造成的。

动力电池BMS非汽车级的硬件设计

　　李峰还指出了业内目前存在的动力电池BMS非汽车级的硬件设计问题。

　　1. BMS大量采用非汽车级元件，即使在整车正常工作时，也有可能出现BMS系统部件失效的情况，进而导致整个系统出现问题。

　　2.相关产品生产质量保证不足，生产过程中只进行贴片及简单测试后，就进入市场，产品生产可靠性太低，无法满足汽车使用环境的要求。例如，低温无法正常启动，高温烧毁，车内正常的电磁环境和温漂过大等问题。

　　3.对汽车部件，尤其是电池系统这样的高安全性产品PCB设计能力不足，无法满足汽车产品安全和质量要求。例如，MARK设计不规范，较高速生产时，器件位置会发生偏移；焊锡大面积裸露，容易悬挂锡珠，降低产品可靠性，增加短路危险；过孔裸露在外，在汽车运行震动环境中，会有锡珠脱落，存在短路风险。

　　另外，对于电池模块，由于前期的CAE/CAD分析不够，目前很多电池的热设计不足；布线不合理，这表现在电池组的不同位置模块的电位差较大，增加了模块间的差异。

　　李峰表示，基于上述考虑，福田新能源汽车所用的动力电池模块具有较强的热设计能力，保证了电池温度场的梯度分布，确保电池的性能及寿命。还对动力电池模块线束进行了优化设计，尽量减小线束对模块的差异影响。

中国还没有家庭电动车公用充电设施

    自2009年以来，中国私人电动车数量仅为几千辆，即使国家和地方政府的综合补贴最高有6万元，仍未能有效吸引用户。宝马集团新能源汽车充电系统项目经理Albrecht Pfeiffer认为：“这是由于缺少私人充电设备及对公共充电设备的关注。”

　　对于电动汽车的发展，Pfeiffer表示，只有家庭用车才能真正促进这一市场的大众化普及。

　　电动汽车这种创新产品的价格较高，最先在高端市场推出，然后才会进入大众市场。高端用户需要的是良好的用户体验、便利和舒适度。这也意味着，家用电动汽车的充电问题在未来几年将成为包括中国在内的全球市场的当务之急。必须在居民区建立面向大众市场的路边充电设施。

　　虽然中国已有一些充电设施，但面向私人用户的充电桩没有并网，处于闲置或关闭状态。还有，中国的公共充电站没有统一的计费系统；电动车示范运营城市的解决方案各自为政，没有通用性。

　　目前，在欧美日的充电设施市场中，居民区充电占主流，后面依次是工作场所和公共场所。而中国由于家庭经济结构和水平与上述国家有较大区别，因此很可能会有不同的优先级。

　　由于可随时随地充电，家庭和工作场所充电的情况占总数的80%。及时在供电量最低情况下，用户也能在夜间实现满充。

　　Pfeiffer建议中国的综合充电设施，有必要按以下优先步骤逐步实现：住宅和别墅的家庭充电（无需单独计量），社区和停车场的私人充电（需单独计量/计费），购物中心和饭店等小型公共场所充电（需单独计量/计费或免费），高速路和加油站等公共场所快速充电（需单独计量/计费）。

　　政府应制定停车场供电的相关政策、指导方针和补贴规定。如香港政府以授权租地经营业主、委员会和物业管理的方式，推进和鼓励其在停车场、建筑周围安装充电设施。同时，政府还应制定统一的充电和计费标准，确保所有充电设备都能接上家用电表独立使用。

　　目前，德国和美国的整车制造商推荐使用交直流联合充电系统（CCS），理由如图1所示。中国和日本现在还没有CCS系统。CCS将现有的各种交流连接器整合成一个系统，形成标准的全球通用的交直流充电界面（见图2）。且从2017年起，欧洲整车商将只采用Type2/Combo2充电系统。

图1 德国和美国的整车制造商推荐使用交直流联合充电系统（CCS）的理由 

图2 联合充电连接器的概念

　　另外，对于中国的交流充电标准，Pfeiffer指出，其与国际标准相比有11处明显区别，其中3处有安全隐患。中国目前还没有对PWM（脉宽调制）占空比进行定义。已出台的GB/T20234.2-2011标准中，删去了PWM占空比的描述。最新版本的GB/T18487.1标准应包含PWM的占空比，而不用包括PWM的描述（见图3）。不同占空比的共存会产生安全风险。如果高水平通信没有PWM指示点，直流充电和现有Combo就不可能组合在一起。

图3 IEC与中国国标PWM发展的历史对比

　　他建议，如果中国采用IEC的PWM占空比，就可避免对OEM和客户的干扰和刺激（confusion/irritation），同时，也可支持中国不统一的交直流充电标准的发展。