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动力电池管理系统技术发展现状、存在问题及发展趋势
2016-10-29 11:24:00

图为江西百思特锐动力有限公司首席技术官、国家千人计划特聘专家林健发表演讲

为了帮助企业客观分析2016年动力电池行业运行情况,正确把握行业发展趋势,加大动力及储能电池的开发应用,由中国化学与物理电源行业协会和电池中国网联合主办,双登集团股份有限公司、壹能(北京)网络科技有限公司共同承办的“2016年第五届中国电池市场年会暨2016年第一届动力电池应用国际峰会、2016年第二届中国电池行业智能制造研讨会”于11月14日在北京拉开帷幕。本次年会聚集了来自政府主管部门领导、知名科研机构专家、新能源汽车动力电池产业链上中下游的企业家、投资机构代表以及媒体记者等500多人参会。

  在本次会议上,江西百思特锐动力有限公司首席技术官、国家千人计划特聘专家林健博士做了题为《动力电池管理系统技术发展现状、存在问题及发展趋势》的专题报告,以下是根据速记整理的内容,未经本人审核,仅供参考。

  林健:秘书长当时给了我这么一个题目,觉得这个题目还是比较大的,如果仔细讲要讲很长时间,因为时间有限,所以可能很多地方要跳过去。

广西快3APP下载  这个是我讲的提纲,主要讲BMS是做什么的,BMS的核心技术是什么?国外一般怎么做的?没有办法覆盖所有的,但是绝大部分覆盖了,最后介绍一下我们自己做的BMS。

  如果大家参加了一些会,所有的专家基本上讲BMS的时候一般都会讲到说BMS是保护电池、延长电池寿命,但是几乎没有人讲是要充分发挥电池能力的,我这里主要讲BMS很重要的任务,就是使得电池尽量把它的能力发挥出来。

  一个完整的BMS包括哪些东西呢?能够精确的估算出SOC、SOP、SOH,有效的动力均衡控制策略,容错、纠错机制,基于安全的跛性模型。主要的方法已经转到了用主动均衡,我们至今为止,德国我不知道,日本也不知道,但是美国没有一家用主动均衡,原因我们等一下再谈。对于BMS来说,最重要是哪一部分,就是它的上升的应用软件,具体来说就是估算策略。

  我自己总结了一点,因为我离开GS以后到了克莱斯勒工作了几年,克莱斯勒一开始能力有限,所以很多供应商在卖BMS给我们,必须得告诉我们他的算法的原理怎么做的,虽然我没有提到厂家的名字,但是我可以把方法总结出来。国外主流的供应商,一般对BMS的估算都是从OCV开始的,和国内有本质的区别,国内几乎全都是用积分。

  国外怎么处理呢,用这个得到了总组化,没有办法把每个电阻、电容的变化计算出来,所以会造成一个问题,因为我们在计算功率的时候,需要知道每一个值的变化,所以你知道总的值的变化,你不知道每一个等效电路里边某一个值的变化,你无法准确的估算出SOP。因为是实时估算SOC,所以是有一定的纠错能力的,如果你用电流积分的话是没有纠错能力的,起点错了从头错到尾。而且对于纠错能力来说,电流积分还有很大的问题,就是一旦电流测量错了也是没有办法纠正的。曾经我们在沃蓝达做完之后,GM做的第二辆车,用的是磷酸铁锂电池,是纯EV,当时供应商把电池拿给我们了,他告诉我们说他有两套系统保证测量精度,我们问他一个问题,如果电池老化了怎么办,他没有办法回答,所以这也是电动汽车一个很大的问题。对于OCD估算,国外厂家他的问题在哪里呢?标定工作量很大,他需要把所有的值标定好,然后修正它,这个工作量比较大。因为不能反映出每个等效参数的变化,所以造成了SOP的估算就很大。比方2014年我们克莱斯勒有一辆车,2014年的时候底特律非常冷,大概零下20几度,按照电池供应商给我们的参数,在零下20度应该能输出50几千瓦,但是我们用了供应商的算法,他只能输送20几千瓦,所以我们找这个供应商扯皮扯了很长一段时间,这就是他的误差。

  SOH,国外一般可以做到10%。国内一般两个方法,一个就是算安时积分,或者就是找多项式,有两个问题,第一,你得到实验数据,做这个实验数据是哪儿来的?特定功耗的数据,不能反映出一个人开的工况,因为我们知道电池老化不同的人开是不一样的,尽管国内头几名的供应商也告诉我们,他说我们经过国多项式可以准确的估算出SOH的1%,其实这只是个别现象,大多数是估算不出来的。均衡,国外几乎全部是无源的,我们也是无源的,为什么强调有源的呢?我回国的时候有人告诉我,你这个根本搞不下去的,我看了一下国内做这个的概念不清楚、方法也错了,当然就做不好了。

  这是一般国内计算SOC的方法,主要是安时积分,把电池模型加上去,温度补偿、工况补偿、老化补偿都往里面加,这个加的话,每一个都是有误差的,所以最后误差还是不少的。最后误差可以达到多少呢?我这儿有一个例子,这是我们一个很复杂的工况,这个路况里边,绿颜色的是电流,蓝颜色的是安时积分,红颜色的是我们估算出来的SOC,即使我们起点是对的,即使我们安时容量也是对的,我们现在采用100赫兹,当电流变化不大的时候,这两个几乎是一样的,当电流变化一大,我们发现安时积分和我们实时估算的误差可以相差18%。这个误差哪儿来的呢?有的时候到底是你的错还是我的错,我说我也不知道是你的错、还是我的错,但是我们有一个标准,我们歇了一个小时停下来,通过OCP可以查到真正的SOC是52%,和我们的极为接近,我们大概是0。3%左右,既然我们是对的,我们安时积分就错了,一个很重要的原因就是他的采样频率不够。

  我们说安时积分很不靠,它没有纠错能力。有人说我们怎么好像没有见到过你说的这么大误差,实际上你到网上一查,有人说我们过了收费站,他说一过收费站SOC急剧下降,开着开着路上就停了,为什么出现这种情况呢?原因很简单,因为安时积分当电流大的时候你是无法纠正的,国内一般是电流很小的时候,就是说车速很慢的时候,甚至停下来的时候,那个时候电流大概只有2、3安培,那个时候他认为他的端电压接近了,一查表那个时候一纠正,错了。

  这也是一个例子,这是上海前两个月在群里面发的,某大牛的BMS,国企的电池好像没有几家,然后说SOC在上海路上从39%直接掉到这个上面去了,这也是一个例子,说明安时积分的问题,原因是一样的。

  我们还说即使有些情况下,这也是个别情况,实际上当安时积分出错的时候,根本也不知道时间。因为我们的国标没有给出在路上验证SOC的一个办法。我们2011年总国标,技术条件,这个国标一共有13张纸,有7张纸用了验证,讲怎么验证SOC,但是要仔细看国标的话,你的BMS要达不到国标,真是难于上青天。

  这个国标少什么东西呢?给了几个工况,这两个工况是最长的,一个是90秒,一个是80秒,第一个国标是直线,我们知道开车的时候你拿不到直线,肯定是抖动的,所以国标的工况是用手画的,不是一个真实的曲线、不是一个真实的工况。第二,最长的90秒,国标说这个90秒连续运行10次就是900秒,900秒是15分钟,这个时间太短了,时间太短了也好说,更要命的是,运行15分钟之后,电池的SOC变化9%点几,不到10%,国标中你只要SOC的误差小于10%就可以过关,所以即使你的BMS破了SOC只保持不变,根本不需要动你就通过了国标,所以国标要想不过的话非常困难,除非你变动方法和电流变化方向是相反的。我们知道不管是用什么方法,有一个最重要的东西就是OCV与SOC的关系曲线,即使用国标法SOC也是通过OCV确定的,所以这个关系是非常重要的,但是国标里面没有讲这个东西怎么做。

  第二,我们讲SOP,SOP国内一般是靠查表,比如电压低于某个值,电压衰减多少,用的是一刀切,实际上他给出的值远远达不到电池所能给的值。广西快3APP下载我们看一下通用的沃蓝达,在美国累计销售10万辆,综合行驶里成高达40亿公里,目前为止没有出现过一次事故,唯一一次做实验的起火,那个是不算的。他怎么做到电池跑累计40亿公里不出事故呢,靠的是我们SOP。我们一讲BMS,很多说我们有一级防护、二级防护、三级防护,但是我们说防护确确实实不可少的,是以防万一用的,但是正常情况下防护是不能够被用上的,一旦被用上说明你的算法错了,你就必须得改。所以保护电池靠的不是什么一级防护、二级防护,靠的是SOP,通过SOP来限制电池的充电功率和放电功率,来充分的发挥电池的能力,提高电池的能量回收,同时提高电池的加速性能。我们有时候经常可以发现,进口汽车跟我们的国产车差不多大,但是进口车你一踩油门有一种感觉,国产车没有这种感觉,因为进口车可以精确的预测到我发动机到底能够输出到多大功率,我就以最大的值往外输,可是国产车不敢到这个值,就像我前面讲的,很糟以前就把电压给限制住了。

  在某些会议上有些专家说,我们在不同情况下电池内阻是变化的,他们经过大量的实验发现,BMS采用固定不变的模型测试肯定是有问题的,还有的说在不同的工况下要用不同的模型。还是看这个例子,这个例子我们看白线框框讲的图,这个地方,黄颜色是我们估算的OCD,蓝颜色是我们测量的,我们以最低点作为一个我们最低的限制电压3.67V,我们计算功率,这个是2秒钟的功率,这是10秒钟的功率,这是30秒钟的功率,我们可以看得出来,2秒钟的功率差不多正好拿到的功率和我们预测的功率是一样的,30秒的功率、10秒的功率一直都是这样,这个整个时间是40秒。所以我们说我们到底能够拿到多少功率是靠SOP的精确估算拿到的,而不是靠简单的限制电压拿到的。

  之后再讲一讲SOH。这是我们做了一个40安时的电池,起点是40安时,经过很多工况以后误差几乎不变,我们估算是在40安时左右,误差是1.8%。我们假设不知道安时容量,我们从30安时开始,经过同样工况以后也能回到40安时。这个是从50安时开始也回到了40安时,所以我们说我们可以很精确的估算出电池的SOH。

  最后讲一个核心技术,到底我们的BMS核心技术应该往哪个方向发展,需要一个好的模型,这个模型应该能够反映电池真实完整的动态特性,而不应该随工况或者随时间而变,不随电池老化程度而变,一个好的算法应该具有高精度、高鲁棒性,而不是随工况而变,随时间而变,随电池老化而变,必须涵盖所有的可能性。一个好的算法,同时必须对电池的状态进行实时在线的估算。


作者: 林健      稿件来源: 电池中国网
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