[01298067]锂离子动力电池系统快速仿真验证平台开发及其应用

1.任务来源 · 本成果来源于2015年广东省科技厅批准的广东省应用型科技研发专项资金项目《轻量化、高安全的结构化动力电池系统的研发与产业化》（编号：2015B010135006）,其主要工作,是将高校先进技术与企业的研发力量进行融合,用于量产电动汽车的电池系统研发及生产,实现量产电动汽车动力电池系统与整车一体化、高安全、高效的开发及产业化。本成果累计带来超过32400套动力电池系统的量产,销售收入超过80282万元,累计净利润6599万元。 2.技术原理及性能指标 · （1）技术原理：面向各种不同类型的动力电池开展测试,建立单体电池性能数据库,在此基础上提出用于动力电池模拟器的内阻阻抗参数扩展方法,并研发全生命周期、高精度的动力电池组模拟器,搭建兼容电池单体和整体性能仿真的电池管理系统验证平台;设计基于“硬件分析+仿真拓扑”电池系统热效应模型,搭建车-电池一体化热管理模拟系统,满足不同工况下电池系统热效应快速实现需求;提出一种可调功率式电池组模拟发热系统,在此基础上首创无线控制模式,实现发热功率的远程控制,简化电池热实验操作流程,提高实验安全性;利用电池快速验证平台,指导锂离子材料研发、提出阻燃、防爆功能的锂离子电池系统结构,并创新车-箱一体化安全结构设计方案。 · （2） 性能指标：单体模拟器额定输出电压 [500mV, 4900m V],额定输出电流 [0, 3.0A],单体电流精度≦±0.3mA、单体电压精度≦±0.3mV,单体温度仿真范围 [0℃, 40℃];模拟单体电池通道≦120路;温度模拟输入通道≧12路;系统总电压额定输出 [0, 1200V],系统总电流额定输出 [-300A, 300A],系统总电压回读值精度≤ 0.04% + 400mV,系统总电流回读值精度≤ 0.1% + 80mA;热仿真系统热失效提前响应时间≦5s;系统集成效率≧83%。 3.技术的创造性与先进性 · （1） 提出基于电池模拟器的动力电池系统快速仿真验证方法,设计基于内阻扩展的电池模拟器样本数据库,实现电池性能快速仿真,有效缩短电池系统测试时间,提高了设计效率,填补了国内外技术空白; · （2） 提出带无线控制功能的电池组模拟发热系统及其控制方法,可缩短电池热测试周期,简化热测试现场,提高电池热特性测试安全性; · （3） 创新整车与电池系统匹配技术,利用电池系统快速仿真验证平台辅助整车与电池系统一体化结构优化设计,有效提高系统安全性及设计效率。 4.技术的成熟度,适用范围和安全性 · 本成果技术成熟,符合国家相关安全性标准要求,适用于纯电动乘用车、商用车、物流车等各类新能源车型。 5.应用情况及存在的问题 · 本成果已被广泛应用于上汽通用五菱汽车股份有限公司的产品制造和生产上,通过EV-TEST（电动汽车测评）技术规范评测,在续航、电耗、充电、安全、动力等项目都取得优异的表现;另外,部分产品还获国家市场监督管理总局标准创新司颁发的企业标准“领跑者”证书。利用本成果对电池系统产品进行优化,截至当前已累计销售超过32400套动力电池系统,销售收入超过8亿元,其产品在市场应用以来,无起火爆炸等公共安全事故。2020年,基于本成果的研究基础,研发团队与河南电池研究院有限公司围绕动力电池劣化特性及预测模型开展研究,签订“动力电池及系统应用”技术服务合同,经费总额18万元。与此同时,部分成果也应用于新能源汽车研发实验设备,实现总值122.57万元、利税15.9341万元的经济效益。当前,本项目核心技术适用于常规的电动汽车电池系统开发,还可进一步应用于低速、低能耗的新能源应用领域（如场地车、电动自行车、储能系统等）当中。 · 部分技术仍有待进一步改进和完善：（1）针对低温的应用场景,开展动力电池在低温状态各项特性检测,扩展电池性能数据库内容,实现基于无线控制的电池模拟器低温发热功能升级,为电池系统低温热管理策略优化提供更全面的信息及高精度模型;（2）针对多倍率快充需求,开展不同类型电池高倍率充放电测试,刷新电池性能数据库,为快充型动力电池应用提供数据基础;考虑快充状态下电池系统的安全防护,在阻燃、防爆的电池系统设计基础上实现面向高倍率充电状态下的电池系统安全监测、预警及热控制,进一步提高电池系统安全性。