BMS專(zhuān)家林?。簢?guó)產(chǎn)BMS問(wèn)題、技術(shù)、國(guó)內(nèi)外BMS算法2021-06-12 08:09
大家下午好，我演講的題目是國(guó)內(nèi)外電池管理系統(tǒng)核心技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。電池管理系統(tǒng)范圍較大，所以我們拿重點(diǎn)來(lái)講，我講的和大家平時(shí)在網(wǎng)上看的有點(diǎn)不相同，網(wǎng)上經(jīng)常排名，我國(guó)BMS頭十名、頭二十名，他們是根據(jù)市場(chǎng)的客戶(hù)排名，我重要是根據(jù)技術(shù)來(lái)講差異。我大概講這樣一些，講我們自己做的BMS系統(tǒng)，講國(guó)產(chǎn)的BMS問(wèn)題在哪里，講核心技術(shù)，以及國(guó)內(nèi)外BMS算法的評(píng)估。
這是我曾經(jīng)做過(guò)的一些系統(tǒng)，第一輛車(chē)是福特的翼虎，這是美國(guó)的第一輛混合動(dòng)力車(chē)，基本上是豐田的技術(shù)。后來(lái)我去了通用，主持了雪佛蘭沃蘭達(dá)的BMS系統(tǒng)。我們把這個(gè)磷酸鐵鋰離子電池算法難關(guān)攻克了，用在了Spark上。還有就是凱迪拉克，跟沃蘭達(dá)差不多。為何讓我主持通用的BMS系統(tǒng)，因?yàn)槲覀冊(cè)谒惴ㄉ嫌泻艽蟮耐黄?，?shí)現(xiàn)了對(duì)電池參數(shù)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)估算，也就是說(shuō)我們能夠?qū)崟r(shí)在線(xiàn)估算電池的SOC、SOP和SOH。為何要執(zhí)行在線(xiàn)估算，執(zhí)行在線(xiàn)估算的好處在哪里。第一個(gè)，就是能夠精確地估算出電池的動(dòng)態(tài)特性。第二個(gè)，它有強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力。第三個(gè)，因?yàn)槭菍?shí)時(shí)在線(xiàn)估算，所以它的估算精度與老化沒(méi)有關(guān)系。因?yàn)槲覀兞私怆姵乩匣?，估算精度一般都有?wèn)題，我們實(shí)時(shí)在線(xiàn)估算，實(shí)時(shí)估算電池的參數(shù)，跟老化沒(méi)有什么關(guān)系。
這個(gè)東西關(guān)于我國(guó)的電池來(lái)說(shuō)還有另外的好處，就是極大地簡(jiǎn)化了定標(biāo)工作，因?yàn)槲覈?guó)的電池一致性略差一點(diǎn)，所以你搞列表就有點(diǎn)不靠譜，參數(shù)列表都沒(méi)有什么大的意思，因?yàn)槟悴豢赡馨阉械膮?shù)都記住。我又去了美國(guó)的三大公司之一克萊斯勒，上面的兩輛PHEV不算我做的，但是我去了以后，這兩輛車(chē)出了很大的問(wèn)題，我把它的算法改了。下面這一輛是克萊斯勒的第一輛量產(chǎn)的純電動(dòng)汽車(chē)，菲亞特500e。下面這是我國(guó)正在做的一輛車(chē)，漢騰。
我國(guó)的BMS我們經(jīng)?？吹接行┦裁词鹿?，五洲龍電動(dòng)大巴起火，原因BMS失效。上海電動(dòng)公交自燃，通風(fēng)不夠，電池過(guò)熱。說(shuō)明什么問(wèn)題，BMS存在很大的問(wèn)題，BMS失效，相當(dāng)于一個(gè)人腦死亡，它能不出事故嗎，熱管理也是，實(shí)際上熱管理并不是很難，電池過(guò)熱，這個(gè)是不應(yīng)該發(fā)生的事情，不能沒(méi)有保護(hù)。我看到網(wǎng)上寫(xiě)，有的網(wǎng)友說(shuō)，一過(guò)收費(fèi)站，一加速SOC急劇下降，。有一些南方車(chē)主也發(fā)現(xiàn)，SOC突然從80%跳到98%，或者100%，充電充不滿(mǎn)。還有行駛?cè)齻€(gè)月，EV里程從70公里一下掉到40公里，說(shuō)明什么問(wèn)題，第一個(gè)，它的電池的狀態(tài)估算肯定有問(wèn)題。第二個(gè)，均衡肯定出問(wèn)題了，假如電池沒(méi)有問(wèn)題，里程為何會(huì)突然下降，肯定是這一點(diǎn)出問(wèn)題了。
所以我們說(shuō)一個(gè)完整的BMS，要有精確的SOC、SOP和SOH的估算，要有有效的動(dòng)態(tài)均衡控制策略，還要有容錯(cuò)、糾錯(cuò)機(jī)制。BMS的核心技術(shù)是電池狀態(tài)的估算策略。關(guān)于估算策略，從控制的角度來(lái)說(shuō)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是高精度和糾錯(cuò)能力。這就是我總結(jié)的一些國(guó)內(nèi)外BMS算法的現(xiàn)狀，要看國(guó)外的供應(yīng)商，它的SOC的誤差一般在5%到8%左右，我們現(xiàn)在可以做到多少，關(guān)于三元鋰離子電池，可以做到小于3%，這是完全可以做到的。并且實(shí)際上當(dāng)年我們?cè)谧鑫痔m達(dá)的時(shí)候，專(zhuān)門(mén)收集了一些工況，原來(lái)使得我們的算法有可能出問(wèn)題，或者是SOC也有可能偏大，我們把工況拿來(lái)仿真，確認(rèn)我們的估算SOC確實(shí)在3%以下。
國(guó)產(chǎn)的基本上大于20%，下面我要講為何肯定大于20%。國(guó)外的算法都是希望能夠?qū)崟r(shí)估算SOC，希望能夠?qū)崟r(shí)糾錯(cuò)。但是希望是希望，有些可以做出來(lái)，有些情況下做不出來(lái)。比如說(shuō)國(guó)外的許多供應(yīng)商，他們都是通過(guò)大量的工況實(shí)驗(yàn)，把電池的參數(shù)列一個(gè)表，比方說(shuō)電阻電容列出來(lái)，根據(jù)基爾霍夫定律算出來(lái)VOC應(yīng)該等于多少。這個(gè)算法問(wèn)題出在哪里，其實(shí)我在克萊斯勒的時(shí)候，有一個(gè)供應(yīng)商跟我們說(shuō)，所有的歐洲工況標(biāo)準(zhǔn)都通過(guò)了，我說(shuō)你這個(gè)算法有問(wèn)題，問(wèn)題在哪里，當(dāng)電流一大的時(shí)候，你的算法就不工作了。我給了他一個(gè)工況，他果然發(fā)現(xiàn)不工作了。那個(gè)表關(guān)于小電流來(lái)說(shuō)工作比較好，關(guān)于大電流來(lái)說(shuō)表是有問(wèn)題的。
關(guān)于舊電池，國(guó)外供應(yīng)商怎么做，因?yàn)樽杩棺兞?，所以他們要做?shí)時(shí)在線(xiàn)的評(píng)估，這樣相當(dāng)于阻抗，可是總的阻抗變了，你不等于了解了是不是內(nèi)組變了，也有可能是別的變了。它有一定的糾錯(cuò)能力，可是誤差比較大，而且標(biāo)定的工作量很大，尤其我見(jiàn)過(guò)幾個(gè)供應(yīng)商的BMS，在零下20度的時(shí)候，誤差甚至達(dá)到了100%，前兩年的時(shí)候，2014年初北美天氣非常寒冷，零下20多度，我們車(chē)廠(chǎng)，他們把車(chē)子一啟動(dòng)，車(chē)子就進(jìn)入龜速的狀態(tài)，一查功率，電池是嶄新的電池，跟新電池相比小了一半，我們找供應(yīng)商，你的誤差太大了，根本不可容忍。SOH誤差也是比較大，一般在10%左右。
我們現(xiàn)在可以做到什么程度，關(guān)于不管是新電池還是舊電池，沒(méi)有表可以查，都是在線(xiàn)估算算出來(lái)的，第二，糾錯(cuò)能力很強(qiáng)，因?yàn)槭窃诰€(xiàn)的，所以有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，可以直接計(jì)算出Voc來(lái)，標(biāo)定也特別簡(jiǎn)單，特別適合于一致性不太好的電池。控制策略必須很精確，這是我們做在線(xiàn)實(shí)時(shí)估算的優(yōu)勢(shì)，我們可以把它的內(nèi)阻、雙電層電容、電荷轉(zhuǎn)移電阻、擴(kuò)散電壓、遲滯電壓等算出來(lái)。這就是我前面講的，簡(jiǎn)化了標(biāo)定工作，標(biāo)定非常少。老化以后精度不受影響。下面來(lái)證明這個(gè)事情，這是一個(gè)磷酸鐵鋰的例子。紅色是我們估算出來(lái)的SOC，綠色是算出來(lái)的SOC，藍(lán)線(xiàn)是真正的SOC曲線(xiàn)。我們有意讓真正的起點(diǎn)錯(cuò)掉，真正的90%，我們讓起點(diǎn)在70%，為何要這樣選法，因?yàn)榱姿徼F鋰這個(gè)電池在70%到95%的區(qū)間，它的電壓只變化兩到三個(gè)毫伏，可是這是我們2008年做的，那個(gè)時(shí)候的精度大概有3到4個(gè)毫伏的誤差。所以要做這個(gè)東西，實(shí)際上是比較困難的，我們檢測(cè)精度都不夠，我們故意把起點(diǎn)搞錯(cuò)掉，看能不能糾正過(guò)來(lái)。所以我們看紅線(xiàn)，它迅速的能夠跳到正確的位置。
這是我曾經(jīng)做過(guò)的一些系統(tǒng)，第一輛車(chē)是福特的翼虎，這是美國(guó)的第一輛混合動(dòng)力車(chē)，基本上是豐田的技術(shù)。后來(lái)我去了通用，主持了雪佛蘭沃蘭達(dá)的BMS系統(tǒng)。我們把這個(gè)磷酸鐵鋰離子電池算法難關(guān)攻克了，用在了Spark上。還有就是凱迪拉克，跟沃蘭達(dá)差不多。為何讓我主持通用的BMS系統(tǒng)，因?yàn)槲覀冊(cè)谒惴ㄉ嫌泻艽蟮耐黄?，?shí)現(xiàn)了對(duì)電池參數(shù)的實(shí)時(shí)在線(xiàn)估算，也就是說(shuō)我們能夠?qū)崟r(shí)在線(xiàn)估算電池的SOC、SOP和SOH。為何要執(zhí)行在線(xiàn)估算，執(zhí)行在線(xiàn)估算的好處在哪里。第一個(gè)，就是能夠精確地估算出電池的動(dòng)態(tài)特性。第二個(gè)，它有強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力。第三個(gè)，因?yàn)槭菍?shí)時(shí)在線(xiàn)估算，所以它的估算精度與老化沒(méi)有關(guān)系。因?yàn)槲覀兞私怆姵乩匣?，估算精度一般都有?wèn)題，我們實(shí)時(shí)在線(xiàn)估算，實(shí)時(shí)估算電池的參數(shù)，跟老化沒(méi)有什么關(guān)系。
這個(gè)東西關(guān)于我國(guó)的電池來(lái)說(shuō)還有另外的好處，就是極大地簡(jiǎn)化了定標(biāo)工作，因?yàn)槲覈?guó)的電池一致性略差一點(diǎn)，所以你搞列表就有點(diǎn)不靠譜，參數(shù)列表都沒(méi)有什么大的意思，因?yàn)槟悴豢赡馨阉械膮?shù)都記住。我又去了美國(guó)的三大公司之一克萊斯勒，上面的兩輛PHEV不算我做的，但是我去了以后，這兩輛車(chē)出了很大的問(wèn)題，我把它的算法改了。下面這一輛是克萊斯勒的第一輛量產(chǎn)的純電動(dòng)汽車(chē)，菲亞特500e。下面這是我國(guó)正在做的一輛車(chē)，漢騰。
我國(guó)的BMS我們經(jīng)?？吹接行┦裁词鹿?，五洲龍電動(dòng)大巴起火，原因BMS失效。上海電動(dòng)公交自燃，通風(fēng)不夠，電池過(guò)熱。說(shuō)明什么問(wèn)題，BMS存在很大的問(wèn)題，BMS失效，相當(dāng)于一個(gè)人腦死亡，它能不出事故嗎，熱管理也是，實(shí)際上熱管理并不是很難，電池過(guò)熱，這個(gè)是不應(yīng)該發(fā)生的事情，不能沒(méi)有保護(hù)。我看到網(wǎng)上寫(xiě)，有的網(wǎng)友說(shuō)，一過(guò)收費(fèi)站，一加速SOC急劇下降，。有一些南方車(chē)主也發(fā)現(xiàn)，SOC突然從80%跳到98%，或者100%，充電充不滿(mǎn)。還有行駛?cè)齻€(gè)月，EV里程從70公里一下掉到40公里，說(shuō)明什么問(wèn)題，第一個(gè)，它的電池的狀態(tài)估算肯定有問(wèn)題。第二個(gè)，均衡肯定出問(wèn)題了，假如電池沒(méi)有問(wèn)題，里程為何會(huì)突然下降，肯定是這一點(diǎn)出問(wèn)題了。
所以我們說(shuō)一個(gè)完整的BMS，要有精確的SOC、SOP和SOH的估算，要有有效的動(dòng)態(tài)均衡控制策略，還要有容錯(cuò)、糾錯(cuò)機(jī)制。BMS的核心技術(shù)是電池狀態(tài)的估算策略。關(guān)于估算策略，從控制的角度來(lái)說(shuō)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就是高精度和糾錯(cuò)能力。這就是我總結(jié)的一些國(guó)內(nèi)外BMS算法的現(xiàn)狀，要看國(guó)外的供應(yīng)商，它的SOC的誤差一般在5%到8%左右，我們現(xiàn)在可以做到多少，關(guān)于三元鋰離子電池，可以做到小于3%，這是完全可以做到的。并且實(shí)際上當(dāng)年我們?cè)谧鑫痔m達(dá)的時(shí)候，專(zhuān)門(mén)收集了一些工況，原來(lái)使得我們的算法有可能出問(wèn)題，或者是SOC也有可能偏大，我們把工況拿來(lái)仿真，確認(rèn)我們的估算SOC確實(shí)在3%以下。
國(guó)產(chǎn)的基本上大于20%，下面我要講為何肯定大于20%。國(guó)外的算法都是希望能夠?qū)崟r(shí)估算SOC，希望能夠?qū)崟r(shí)糾錯(cuò)。但是希望是希望，有些可以做出來(lái)，有些情況下做不出來(lái)。比如說(shuō)國(guó)外的許多供應(yīng)商，他們都是通過(guò)大量的工況實(shí)驗(yàn)，把電池的參數(shù)列一個(gè)表，比方說(shuō)電阻電容列出來(lái)，根據(jù)基爾霍夫定律算出來(lái)VOC應(yīng)該等于多少。這個(gè)算法問(wèn)題出在哪里，其實(shí)我在克萊斯勒的時(shí)候，有一個(gè)供應(yīng)商跟我們說(shuō)，所有的歐洲工況標(biāo)準(zhǔn)都通過(guò)了，我說(shuō)你這個(gè)算法有問(wèn)題，問(wèn)題在哪里，當(dāng)電流一大的時(shí)候，你的算法就不工作了。我給了他一個(gè)工況，他果然發(fā)現(xiàn)不工作了。那個(gè)表關(guān)于小電流來(lái)說(shuō)工作比較好，關(guān)于大電流來(lái)說(shuō)表是有問(wèn)題的。
關(guān)于舊電池，國(guó)外供應(yīng)商怎么做，因?yàn)樽杩棺兞?，所以他們要做?shí)時(shí)在線(xiàn)的評(píng)估，這樣相當(dāng)于阻抗，可是總的阻抗變了，你不等于了解了是不是內(nèi)組變了，也有可能是別的變了。它有一定的糾錯(cuò)能力，可是誤差比較大，而且標(biāo)定的工作量很大，尤其我見(jiàn)過(guò)幾個(gè)供應(yīng)商的BMS，在零下20度的時(shí)候，誤差甚至達(dá)到了100%，前兩年的時(shí)候，2014年初北美天氣非常寒冷，零下20多度，我們車(chē)廠(chǎng)，他們把車(chē)子一啟動(dòng)，車(chē)子就進(jìn)入龜速的狀態(tài)，一查功率，電池是嶄新的電池，跟新電池相比小了一半，我們找供應(yīng)商，你的誤差太大了，根本不可容忍。SOH誤差也是比較大，一般在10%左右。
我們現(xiàn)在可以做到什么程度，關(guān)于不管是新電池還是舊電池，沒(méi)有表可以查，都是在線(xiàn)估算算出來(lái)的，第二，糾錯(cuò)能力很強(qiáng)，因?yàn)槭窃诰€(xiàn)的，所以有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，可以直接計(jì)算出Voc來(lái)，標(biāo)定也特別簡(jiǎn)單，特別適合于一致性不太好的電池。控制策略必須很精確，這是我們做在線(xiàn)實(shí)時(shí)估算的優(yōu)勢(shì)，我們可以把它的內(nèi)阻、雙電層電容、電荷轉(zhuǎn)移電阻、擴(kuò)散電壓、遲滯電壓等算出來(lái)。這就是我前面講的，簡(jiǎn)化了標(biāo)定工作，標(biāo)定非常少。老化以后精度不受影響。下面來(lái)證明這個(gè)事情，這是一個(gè)磷酸鐵鋰的例子。紅色是我們估算出來(lái)的SOC，綠色是算出來(lái)的SOC，藍(lán)線(xiàn)是真正的SOC曲線(xiàn)。我們有意讓真正的起點(diǎn)錯(cuò)掉，真正的90%，我們讓起點(diǎn)在70%，為何要這樣選法，因?yàn)榱姿徼F鋰這個(gè)電池在70%到95%的區(qū)間，它的電壓只變化兩到三個(gè)毫伏，可是這是我們2008年做的，那個(gè)時(shí)候的精度大概有3到4個(gè)毫伏的誤差。所以要做這個(gè)東西，實(shí)際上是比較困難的，我們檢測(cè)精度都不夠，我們故意把起點(diǎn)搞錯(cuò)掉，看能不能糾正過(guò)來(lái)。所以我們看紅線(xiàn)，它迅速的能夠跳到正確的位置。
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