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BMS专家林健:国内外电池管理系统核心技术发展现状

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-05-12  来源: 盖世汽车网  作者:鑫椤资讯
再一个精度验证方法,国标要求要把电量全部放光来验证,这当然是一个方法,但是这个方法没有任何实际意义,因为你在路上不可能把电放光。另外,国标还有一个问题,我们做安时积分,需要用到一个表,这个表就是开路电压和SOC关系的表,可是国标从头到尾没有提到这个关系。我在想,靠这样的国标,怎么样才能提高我们的BMS水平,没有办法提高。生产的车再多,国家给的补贴再多,那也只是低水平的重复。大家现在做BMS做都做不赢,做一个卖一个,根本不需要提高水平,所以我说弯道超车永远都只是一个梦。
 
  下面我们来看,我们国家做BMS的算法和国外大概差距有多大,从研发方面来讲,GM在2008年有了磷酸铁锂的算法。国内我查了一下资料,大概2009年开始,有很多文章,就开始谈论磷酸铁锂的SOC估算,但是到现在为止没有一个能够实际应用,为什么?第一个,它缺了一项,就是我前面讲的滞回电压,所以它的模型是不够准的,差了一项,差了一个物理量,物理模型有问题。第二个,所有的有关于SOC的文章,都没有讲到一个很重要的东西-纠错,都只是讲精度,没有讲如果我的起点错了,如果我的容量有点误差,如果我的安时容量有点误差,我能不能保持这个精度,没有人谈这个事情。可是这个在我们做汽车方行业,这些都是真实存在的,电流不可能100%准,容量不可能100%准,起点也不可能永远保持准的。遇到这种情况我们怎么办?如果查我们国家大专院校写的文章,就没有人谈这个事情。完全不考虑出错,怎么能上车?
 
  2009年,GM在沃兰达上面实现了对安时容量实时在线估算,今年我参加了几个活动,有一些很著名的学校和著名的单位提到,我们现在在线估算有困难,要等两年,用大数据估算。其实大数据估算也是一个统计的,对于某一个车来说,对于某一个电池组来说,大数据还是算不出来的。
 
  我们在2011年的时候,已经成功地将这个算法的运算量减少了10倍,用很便宜的CPU就可以实现整个算法的估算。国内现在看一些文章,说运算量太大,我们现在用不了。2012年的时候,我们成功实现了对整个电池包状态的估算,国内我看了一篇文章,很著名的高校在2013年就提出来了,用开路电压来比较SOC,估算SOC,但是整个磷酸铁锂电池,我们只要看Voc差几个毫伏就可以了,但是我们知道,差一个毫伏可能差10%,差两个可能差20%。所以你光比较Voc不比较SOC,这个里面问题很大,文章里面从头到尾没有一个SOC的图。所以从这里我们可以看出来,实际上国内国外起点都差不了一两年,可是经过了四五年、五六年之后,我们可以发现差距越来越大。
 
  国内外对于测试的要求,差距也是很大的,像国标,他说我们只要测两个点,一个点选在SOC,高于80%。另外一个点选在SOC小于30%,如果在这两个点SOC的误差小于10%,就算是通过了,在美国我们怎么做的,是找工况,工况一直从100%一直放,放到什么时候,放到电压接触到了你的最低的允许的电压。像一般美国电池最低电压定义在2.7伏,我们一直放,放到2.7伏停下来。那个时候SOC只有1%左右。
 
  就工况来说,刚才给你们看了两个例子,用手画的线,这个东西实际上根本找不着。可是在美国,美国把所有的工况,有可能出问题的工况全部搜集起来,建立一个数据库,然后对算法进行仿真。像当时沃兰达收集了四五十个工况,这是有可能导致问题的工况,一l有可能使SOC发生偏差的工况,我们全收集起来,大概四五十个。我们都是下午下班之前,让计算机自己连夜进行运算,第二天早上,我们工作的时候,大家都坐在一起来看SOC的误差是多少,都是这样确定的,所以跟国内手画的直线差别很大。
 
  前面讲的SOC,现在讲SOP和SOH,SOH国内一般都是用查表,比如电压低于3.3伏3.2伏,把电流限制一下,低于多少伏再限制一下,低于3.0伏就断了。老化有两个方法,一个方法就是我前面提到的,想用大数据估算或者安时用量。还有一个方法,建立一个数学模型,这个模型可以说是一个计算公式,当有很多的老化数据的时候,根据这个数据找出老化的系数。这个东西有一个问题,因为这个老化,得到的公式实际上是一个统计数据,不代表一个电池老化过程,就比方说我们说我们中国人的平均寿命,假如说是80岁,但是具体到某一个人,你能活多少岁,正好80岁就没了吗?也不一定,有可能70岁就没了。所以通过大数据得到了一个模型,只是一个统计模型,它不代表某一个个例的实际情况。所以我们说对于某一个电池包来说,这个安时容量如果用模型来估算它的寿命,有很大的问题。我曾经看过一个国外的很著名的厂家他做的4季工况实验,一个人开车上下班,买东西一个实验,连续模拟春夏秋冬四季,大概做了半年多,把电池包做老化了。他做一段时间,把它的参数测验,做一段时间,把参数测一遍,我们做完之后,他把它的电阻给我们看,有的随着电池老化,电阻是往上走的,有的是平的,不变,有的先往下,后往上,还有的是先往上,后往下,什么情况都有,根本没有统计规律。所以如果拿一个统计规律的东西,来确定某一个电池它的特性,这个东西就不靠谱了。
 
  我们现在可以做到什么程度,这是我们动态估算的例子。最上面的是电流的变化,中间是电压的变化,下面的图就是车子开开停停,停的时间,任意的一个工况,看我们在线估算的能力。这是一个40安时的电池,可以看到开始是40安时,在估算过程中安时容量有一定的抖动,但是最大的是多少,是0.7个安时,最后我们算出来误差是2%。光有这个还不够,因为它只能证明知道安时容量可以估得很准,另外一个实验,假设起始容量我们不知道,可能不是40安时,而是30安时,它慢慢的接近40安时了。为什么没有一步跳到40安时,因为我们限制了它的步长,每次只能跳5%,就是两个安时,跳了几步才可以跳上去,要不然是一步跳上去。从这个实验可以看出来,我们说在线估算是有纠错能力的。
 
  另外一个,刚才从30安时开始,假设容量还是不知道,它的起始是50安时,我们看它跳几步之后,也跳到40安时了,说明我们从两个方向都具有很强的纠错能力。最后我们要讲一下为什么要估算SOP,我上个月参加一个会议,很多人就在讲,我们需要一级防护、二级防护,要保护电池。但是有可能使车在高速公路上就挂了。很危险。后来我实在有点忍不住,我跟他们说,这些保护都是需要的,但是保护是备而不用的。如果你用了保护,说明你的东西出问题了。我们为什么需要用SOP,有两个作用,第一个限制功率,保护电池。第二个,充分发挥电池的潜力,比方说很多国产的车,BMS为了保护电池,明明电池可以输出50千瓦,你只让它输出40千瓦,是保护了电池,可是牺牲了10千瓦,这10千瓦对于你的动力性能来说就是很重要的。充电也是一样,假如说当你刹车的时候,能量回收的时候,它可以吸收50千瓦的功率,你只让吸收40千瓦的功率,你的效率就要降低,所以精确的SOP也是很重要的。这是一个实例,我们稍微看一下,当时估算的SOC是10%,我们测了三个电压,一个是最大的电压,一个是平均电压,一个是最低电压。车在路上熄火了,我们最低电压是2.7伏。它低于这个电压,我们车立刻就停车了。保护电路工作了。下面看静置之后,均衡性有没有问题,我们看最高和最低电压,对应的SOC误差1.5%,我们说这个电池是均衡的,只不过到了最后它承受不了,有一个电池突然电压掉下去了。这个就是我们计算出来的SOP,我们在这个地方可以看出来,突然加速,它超过了我们设定的线(SOP),所以车停住了。
 
  下面我们再讲一个修复均衡的例子,这个就是前面我讲的两辆车,一开始不是我做的,我是过去修正它的算法的。因为这两辆车,SOC误差很大,我把算法一改,最后开了一段时间以后,SOC不均衡从45%下降到3%,说明我们的均衡非常有效。由于时间关系,就讲到这里,谢谢大家。
 
关于我们:中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有550多家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会和电池隔膜分会等十个分支机构。
本会专业范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

关键词: 新能源 汽车 电池
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