鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：663次 | 2021年12月25日
動(dòng)力鋰電池BMS技術(shù)如何助力彎道超車(chē)
前幾天看到有文章提到了“再不重視動(dòng)力鋰電池研究，就別提我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)彎道超車(chē)了。”這是非常有道理的。不過(guò)目前此類(lèi)研究在我國(guó)重要是研究所和學(xué)校的任務(wù)，而國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)的公司沒(méi)有這個(gè)能力。
對(duì)大多數(shù)公司來(lái)說(shuō)管理好現(xiàn)有的成熟的電池技術(shù)才是最重要的。因此有了“我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)要彎道超車(chē)BMS（電池管理系統(tǒng)）必須攻克”的觀(guān)點(diǎn)。近來(lái)網(wǎng)上各種有關(guān)BMS技術(shù)突破的新聞不斷出現(xiàn)。有些甚至號(hào)稱(chēng)是顛覆性的以吸引眼球。有的根本做不了應(yīng)用控制算法也號(hào)稱(chēng)供應(yīng)BMS核心技術(shù)。在這里，筆者根據(jù)自己在美國(guó)三大汽車(chē)公司做BMS的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和大家聊聊。
什么是BMS的核心技術(shù)？
在北美，BMS系統(tǒng)通常包括檢測(cè)模塊與運(yùn)算控制模塊。
檢測(cè)是指測(cè)量電芯的電壓、電流和溫度以及電池組的電壓，然后將這些信號(hào)傳給運(yùn)算模塊進(jìn)行處理發(fā)出指令。所以運(yùn)算控制模塊是BMS的大腦。控制模塊一般包括硬件、基礎(chǔ)軟件、運(yùn)行時(shí)環(huán)境（RTE）和應(yīng)用軟件。其中最核心的部分——應(yīng)用軟件關(guān)于用SimulinkXSS開(kāi)發(fā)的環(huán)境的一般分為兩部分：電池狀態(tài)的估算算法和故障診斷以及保護(hù)。狀態(tài)估算包括SOC（StateOfCharge）、SOp（StateOfpower）、SOH(StateofHealth）以及均衡和熱管理。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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%
電池狀態(tài)估算通常也就是估算SOC、SOp和SOH。SOC（荷電狀態(tài)）簡(jiǎn)單地說(shuō)就是電池還剩下多少電；SOC是BMS中最重要的參數(shù)，因?yàn)槠渌磺卸际且許OC為基礎(chǔ)的，所以它的精度和魯棒性（也叫糾錯(cuò)能力）極其重要。假如沒(méi)有精確的SOC，加再多的保護(hù)功能也無(wú)法使BMS正常工作，因?yàn)殡姵貢?huì)經(jīng)常處于被保護(hù)狀態(tài)，更無(wú)法延長(zhǎng)電池的壽命。
精確的SOC估算還可以提高車(chē)的續(xù)航里程比如克萊斯勒的Fiat500eEV，可以一直放電到SOC=5%。SOp是下一時(shí)刻比如下一個(gè)2秒、10秒、30秒以及持續(xù)的大電流的時(shí)候電池能夠供應(yīng)的最大的放電和被充電的功率。
SOp的精確估算可以最大限度地提高電池的利用效率。比如在剎車(chē)時(shí)可以盡量多地吸收回饋的能量而不傷害電池。在加速時(shí)可以供應(yīng)更大的功率獲得更大的加速度而不傷害電池。同時(shí)也可以保證車(chē)在行駛過(guò)程中不會(huì)因?yàn)榍穳夯蛘哌^(guò)流保護(hù)而失去動(dòng)力即使是在SOC很低的時(shí)候。這么一來(lái)，所謂的一級(jí)保護(hù)二級(jí)保護(hù)在精確的SOp面前都是過(guò)眼云煙。筆者不是說(shuō)保護(hù)不重要。保護(hù)永遠(yuǎn)都是要的。但是它不是BMS的核心技術(shù)。
再說(shuō)說(shuō)SOH。SOH是指電池的健康狀態(tài)。它包括兩部分：安時(shí)容量和功率的變化。一般認(rèn)為：當(dāng)安時(shí)容量衰減20%或者輸出功率衰減25%時(shí)，電池的壽命就到了。但是，這并不是說(shuō)車(chē)就不能開(kāi)了。關(guān)于純電動(dòng)汽車(chē)EV來(lái)說(shuō)安時(shí)容量的估算更重要一些因?yàn)樗c續(xù)航里程有直接關(guān)系而功率限制只是在低SOC的時(shí)候才重要。關(guān)于HEV或者pHEV來(lái)說(shuō)，功率的變化更為重要這是因?yàn)殡姵氐陌矔r(shí)容量比較小，可以供應(yīng)的功率有限。從以上這些不難看出算法才是BMS的核心。其他的都是為這個(gè)算法服務(wù)的。所以當(dāng)有人聲稱(chēng)突破了或者掌握了BMS的核心技術(shù)，應(yīng)該問(wèn)問(wèn)他到底做了BMS的什么？是算法還是主動(dòng)均衡或者只做BMS的硬件和底層軟件？或者只是提出一種BMS的結(jié)構(gòu)方式如積木方式？
有人說(shuō)特斯拉之所以牛，是因?yàn)樗腂MS可以管理7104節(jié)電池。這是它牛的地方嗎？它真的是管理7104節(jié)電池嗎？特斯拉modelS確實(shí)用了7104節(jié)電池，但是串聯(lián)在一起的只有96節(jié)，并聯(lián)的只能算一節(jié)電池不管你并聯(lián)多少節(jié)。為何？因?yàn)槠渌镜碾姵亟M也是只計(jì)算串聯(lián)的個(gè)數(shù)而不是并聯(lián)的個(gè)數(shù)。特斯拉憑什么要特殊呢？實(shí)際上凡是能夠輕易就能夠仿照的都不能算是核心技術(shù)因?yàn)槿巳硕寄軌蜉p易做到。所以，即使你能夠算也不能聲稱(chēng)掌握了BMS的核心技術(shù)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
比如幾乎所有國(guó)內(nèi)的BMS算法都是電流積分加開(kāi)路電壓。這根本不能算是核心技術(shù)。再比如某公司靠其所謂的核心技術(shù)--主動(dòng)均衡技術(shù)榮獲高工鋰電金球獎(jiǎng)。聲稱(chēng)它的主動(dòng)均衡技術(shù)能夠延長(zhǎng)電池壽命30%續(xù)航里程20%。這一看就不靠譜。為何？根本無(wú)法定量。你和誰(shuí)比能夠延長(zhǎng)壽命30%呀？和自己比有意義嗎？和沒(méi)有均衡的比嗎？那你的水平就差遠(yuǎn)了。和別人比，應(yīng)該與最好的比才有意義。世界上不說(shuō)最好，至少還可以的都沒(méi)有均衡問(wèn)題。你怎么延長(zhǎng)壽命30%呀？延長(zhǎng)續(xù)航里程也是相同的道理。
比如Fiat500e，它的SOC一直放到5%。請(qǐng)問(wèn)你還怎么延長(zhǎng)20%的續(xù)航里程呀？再進(jìn)一步說(shuō)，主動(dòng)均衡的算法難嗎？不就是同模組的電池相互均衡和不同模組之間的電池相互均衡。從算法角度講完全沒(méi)有難度可言。而且主動(dòng)均衡根本也不是網(wǎng)上說(shuō)的是“主動(dòng)均衡功能一直以來(lái)是國(guó)外產(chǎn)品的殺手锏”。真是語(yǔ)不驚人死不休。國(guó)外為何基本上不用主動(dòng)均衡呢？重要是考慮到成本問(wèn)題。假如被動(dòng)均衡就能夠輕易搞定，為何要用主動(dòng)均衡呢？國(guó)內(nèi)為何極力鼓吹主動(dòng)均衡呢？筆者認(rèn)為重要是被動(dòng)均衡搞不定。說(shuō)起被動(dòng)均衡，絕大多數(shù)人告訴筆者說(shuō)是因?yàn)閲?guó)內(nèi)電池質(zhì)量太差一致性不好。但是通過(guò)交談，筆者發(fā)現(xiàn)根本原因在于概念不清方法不對(duì)。要不然怎么會(huì)開(kāi)車(chē)時(shí)均衡會(huì)越均衡越差？均衡的效果是可以計(jì)算出來(lái)的。不能完全責(zé)怪一致性不好。筆者做過(guò)的有兩款pHEV的車(chē)，開(kāi)了才幾個(gè)月電池組內(nèi)的SOC相差高達(dá)45%。而且由于SOC、SOp的問(wèn)題，車(chē)在路上經(jīng)常拋錨。公司一致認(rèn)為是電池質(zhì)量問(wèn)題而且一致同意更換電池供應(yīng)商。但是筆者只是更改了算法，就把均衡的問(wèn)題解決了。電池組中電芯SOC的差別由45%降到了3%。現(xiàn)在車(chē)已經(jīng)行駛了十幾萬(wàn)公里了。拋錨的問(wèn)題再也沒(méi)有發(fā)生過(guò)。
怎么樣的算法才算核心技術(shù)？
從控制的角度來(lái)說(shuō)，一個(gè)好的算法應(yīng)該有2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：準(zhǔn)確性和魯棒性（糾錯(cuò)能力）。精度越高越好的道理在這里就不多說(shuō)了。前面提到的電流積分加開(kāi)路電壓實(shí)際上是用開(kāi)路電壓糾錯(cuò)，但是這種方法與在線(xiàn)實(shí)時(shí)糾錯(cuò)相比，顯然魯棒性差遠(yuǎn)了。這是為何國(guó)外大公司都在用在線(xiàn)實(shí)時(shí)估算開(kāi)路電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)實(shí)時(shí)糾錯(cuò)的原因。不是說(shuō)你自己能夠生產(chǎn)BMS就是掌握核心技術(shù)，假如你做不到別人難以企及的高度，憑什么說(shuō)你掌握了核心技術(shù)？
國(guó)內(nèi)一些人往往不了解別人的算法是什么，一看某個(gè)廠(chǎng)家做BMS就說(shuō)有BMS核心技術(shù)，這樣說(shuō)法是欠妥的。那些要花幾千塊錢(qián)去買(mǎi)的大部頭的書(shū)籍評(píng)論BMS的優(yōu)劣也根本不管各個(gè)BMS算法或者說(shuō)核心技術(shù)的差別。不比較核心技術(shù)來(lái)比較BMS有意義嗎？只看是不是為某個(gè)有名的OEM供應(yīng)BMS就認(rèn)為牛，也不了解到底供應(yīng)BMS里面的什么東西。是不懂裝懂呢，還是有一種崇洋的心情呢？目前世界上BMS做得最好的應(yīng)該有什么特點(diǎn)呢？它可以在線(xiàn)實(shí)時(shí)估算電池組的電池參數(shù)從而精確估算出電池組的SOC、SOp、SOH。并且能夠在短時(shí)間內(nèi)糾正初始SOC超過(guò)10%的誤差以及超過(guò)20%的安時(shí)容量的誤差。美國(guó)通用汽車(chē)公司在6年前研發(fā)沃藍(lán)達(dá)時(shí)就做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試算法的魯棒性：將3串并聯(lián)在一起的電池組拿掉一串，這時(shí)內(nèi)阻新增1/3、安時(shí)容量減小1/3。但是BMS并不了解。結(jié)果是SOC、SOp在不到1分鐘就全部糾正，SOH隨后也被精確地估算出來(lái)。這不僅說(shuō)明算法的強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力，而且說(shuō)明算法可以在電池的整個(gè)生命周期中始終保持估算精度不變。
關(guān)于電腦而言，假如出現(xiàn)藍(lán)屏，我們一般只要重新啟動(dòng)電腦就行了。可是，關(guān)于汽車(chē)，哪怕拋錨的概率只有萬(wàn)分之一也是難以容忍的。所以，與發(fā)表文章不同，汽車(chē)電子要保證在任何情況下都能工作。做一個(gè)好的算法要花極大精力去解決那些發(fā)生概率只有千分之一、萬(wàn)分之一的情況。只有這樣才能保證萬(wàn)無(wú)一失。
掌握這樣的技術(shù)，筆者認(rèn)為才是掌握了核心技術(shù)。目前世界上沒(méi)有一家供應(yīng)商能夠做到這個(gè)水平盡管已經(jīng)過(guò)去了6年。就連現(xiàn)在紅的發(fā)紫的特斯拉也無(wú)法企及。這樣的算法才是殺手锏！沒(méi)有這樣的技術(shù)怎么彎道超車(chē)？
