鉅大LARGE | 點擊量：382次 | 2023年02月21日
簡述燃料動力鋰電池和鋰離子電池的管理系統比較
目前電動汽車的主流技術路線就是鋰離子電池和燃料動力電池（PEMFC）。相對而言鋰離子電池在技術成熟度和成本方面有著明顯的優勢，商業化程度更高。燃料動力電池技術目前在成本、使用壽命、基礎設施配套等方面距離規?；瘧眠€有一定的距離，但較鋰離子電池而言還是有能量密度高、補給速度快的優勢，未來勢必會有很大的發展空間。
從技術專利申請的情況看鋰離子電池在2008年起迎來了爆發，逐年線性遞增（2016年達8000件），與鋰離子電池產業化的腳步高度吻合。由此我們來看燃料動力電池多年維持在2000件左右的專利申請數且實用新型偏少，從一個角度印證了該技術還處于產業化前期的技術驗證階段。預計在2020年至2025年燃料動力電池技術可能進入快速發展階段，在此想比較一下鋰離子電池和燃料動力電池在管理系統上的異同。
有時候覺得鋰離子電池的管理系統（BMS）和燃料動力電池的控制系統（FCS）其實并沒有可比性。因為鋰離子電池系統屬于儲能裝置，而燃料動力電池系統屬于發電裝置，和發動機進行對標更合適。但另一方面燃料動力電池系統和鋰離子電池系統又有很多相似之處；都是由多節單體串聯而成要對單體進行監控，都是輸出電能并要根據電池狀態實時調整功率邊界。較鋰離子電池而言燃料動力電池單體電壓平臺更低（標稱電壓約1V），功率響應有一定的滯后性，因此FCV車型動力總成中往往要鋰離子電池系統或超級電容用于功率的瞬間輸出和回收。
下圖以Tesla電池系統與BALLARD的燃料動力電池系統進行比較，可見鋰離子電池系統對外部的接口簡單清晰（低壓接口、動力高壓接口、冷卻回路接口）。而燃料動力電池系統不僅包含常規的這三組接口，還要有氫氣路接口與氫瓶連接，空氣路接口獲取氧氣并由空壓機增壓后注入電堆內，同時還要有排氣通道。
鋰離子電池系統架構中被控對象重要包括：鋰離子電池單體、接觸器、冷卻系統；要監控的關鍵參數為：電流、電池單體電壓、系統總壓、溫度、絕緣電阻等，相比較較簡單。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
而燃料動力電池系統架構中的被控對象包括了：燃料動力電池電堆、減壓閥、進氫閥、進氣閥、排氣閥、水循環系統、空壓機、加濕循環泵等。要監控的關鍵參數在鋰離子電池的基礎上要新增：進堆口氫氣壓力、減壓閥前氫氣壓力、空氣壓力、空氣流量、空壓機電流等，并且要控制進堆的氫氣和空氣保持適當的濕度。
4.控制策略比較
鋰離子電池BMS的策略重要可分為兩部分：BSE電池狀態算法和運行管理策略。由于鋰離子電池的電化學反應是電池主動完成的，因此BMS無需直接進行控制，只要評估反應后的狀態。運行策略重要是基于對狀態的評估結果執行接觸器、熱管理裝置、均衡功能的控制。
燃料動力電池的電化學反應過程要通過控制系統控制物質的輸入輸出以及工作環境才得以進行，因此FCV的策略要基于電堆控制模型、空氣路控制模型、氫氣路控制模型、以及冷卻系統模型實現有效控制。
5.主觀的感想
最后談一下對BMS和FCS控制策略的主管感受。BMS管理手段更像西醫療法，例如電池的均衡策略就是識別單體電池荷電態的不同，通過高放低充的方式直接進行治療。相比之下對燃料動力電池的管理有點中醫治療的味道，要定期對燃料動力電池進行吹掃和活化來保持一致性。在運行過程中的控制上燃料動力電池復雜程度更高，多個模型之間互為輸入，因此采用機理模型（基于能量守恒、電化學反應方程的模型）很難得到最優控制。預計在未來采用辨識模型（基于先驗知識實現等價模型匹配的算法）進行控制可能會是趨勢。
