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BMS专家林健:国产BMS问题、技术、国内外BMS算法2021-06-12 08:08

大家下午好,我演讲的题目是国内外电池管理系统核心技术发展现状。电池管理系统范围较大,所以我们拿重点来讲,我讲的和大家平时在网上看的有点不相同,网上经常排名,我国BMS头十名、头二十名,他们是根据市场的客户排名,我重要是根据技术来讲差异。我大概讲这样一些,讲我们自己做的BMS系统,讲国产的BMS问题在哪里,讲核心技术,以及国内外BMS算法的评估。

这是我曾经做过的一些系统,第一辆车是福特的翼虎,这是美国的第一辆混合动力车,基本上是丰田的技术。后来我去了通用,主持了雪佛兰沃兰达的BMS系统。我们把这个磷酸铁锂离子电池算法难关攻克了,用在了Spark上。还有就是凯迪拉克,跟沃兰达差不多。为何让我主持通用的BMS系统,因为我们在算法上有很大的突破,实现了对电池参数的实时在线估算,也就是说我们能够实时在线估算电池的SOC、SOP和SOH。为何要执行在线估算,执行在线估算的好处在哪里。第一个,就是能够精确地估算出电池的动态特性。第二个,它有强大的纠错能力。第三个,因为是实时在线估算,所以它的估算精度与老化没有关系。因为我们了解电池老化之后,估算精度一般都有问题,我们实时在线估算,实时估算电池的参数,跟老化没有什么关系。

这个东西关于我国的电池来说还有另外的好处,就是极大地简化了定标工作,因为我国的电池一致性略差一点,所以你搞列表就有点不靠谱,参数列表都没有什么大的意思,因为你不可能把所有的参数都记住。我又去了美国的三大公司之一克莱斯勒,上面的两辆PHEV不算我做的,但是我去了以后,这两辆车出了很大的问题,我把它的算法改了。下面这一辆是克莱斯勒的第一辆量产的纯电动汽车,菲亚特500e。下面这是我国正在做的一辆车,汉腾。

我国的BMS我们经常看到有些什么事故,五洲龙电动大巴起火,原因BMS失效。上海电动公交自燃,通风不够,电池过热。说明什么问题,BMS存在很大的问题,BMS失效,相当于一个人脑死亡,它能不出事故吗,热管理也是,实际上热管理并不是很难,电池过热,这个是不应该发生的事情,不能没有保护。我看到网上写,有的网友说,一过收费站,一加速SOC急剧下降,。有一些南方车主也发现,SOC突然从80%跳到98%,或者100%,充电充不满。还有行驶三个月,EV里程从70公里一下掉到40公里,说明什么问题,第一个,它的电池的状态估算肯定有问题。第二个,均衡肯定出问题了,假如电池没有问题,里程为何会突然下降,肯定是这一点出问题了。

所以我们说一个完整的BMS,要有精确的SOC、SOP和SOH的估算,要有有效的动态均衡控制策略,还要有容错、纠错机制。BMS的核心技术是电池状态的估算策略。关于估算策略,从控制的角度来说有一个标准,这个标准就是高精度和纠错能力。这就是我总结的一些国内外BMS算法的现状,要看国外的供应商,它的SOC的误差一般在5%到8%左右,我们现在可以做到多少,关于三元锂离子电池,可以做到小于3%,这是完全可以做到的。并且实际上当年我们在做沃兰达的时候,专门收集了一些工况,原来使得我们的算法有可能出问题,或者是SOC也有可能偏大,我们把工况拿来仿真,确认我们的估算SOC确实在3%以下。

国产的基本上大于20%,下面我要讲为何肯定大于20%。国外的算法都是希望能够实时估算SOC,希望能够实时纠错。但是希望是希望,有些可以做出来,有些情况下做不出来。比如说国外的许多供应商,他们都是通过大量的工况实验,把电池的参数列一个表,比方说电阻电容列出来,根据基尔霍夫定律算出来VOC应该等于多少。这个算法问题出在哪里,其实我在克莱斯勒的时候,有一个供应商跟我们说,所有的欧洲工况标准都通过了,我说你这个算法有问题,问题在哪里,当电流一大的时候,你的算法就不工作了。我给了他一个工况,他果然发现不工作了。那个表关于小电流来说工作比较好,关于大电流来说表是有问题的。

关于旧电池,国外供应商怎么做,因为阻抗变了,所以他们要做实时在线的评估,这样相当于阻抗,可是总的阻抗变了,你不等于了解了是不是内组变了,也有可能是别的变了。它有一定的纠错能力,可是误差比较大,而且标定的工作量很大,尤其我见过几个供应商的BMS,在零下20度的时候,误差甚至达到了100%,前两年的时候,2014年初北美天气非常寒冷,零下20多度,我们车厂,他们把车子一启动,车子就进入龟速的状态,一查功率,电池是崭新的电池,跟新电池相比小了一半,我们找供应商,你的误差太大了,根本不可容忍。SOH误差也是比较大,一般在10%左右。

我们现在可以做到什么程度,关于不管是新电池还是旧电池,没有表可以查,都是在线估算算出来的,第二,纠错能力很强,因为是在线的,所以有很强的纠错能力,可以直接计算出Voc来,标定也特别简单,特别适合于一致性不太好的电池。控制策略必须很精确,这是我们做在线实时估算的优势,我们可以把它的内阻、双电层电容、电荷转移电阻、扩散电压、迟滞电压等算出来。这就是我前面讲的,简化了标定工作,标定非常少。老化以后精度不受影响。下面来证明这个事情,这是一个磷酸铁锂的例子。红色是我们估算出来的SOC,绿色是算出来的SOC,蓝线是真正的SOC曲线。我们有意让真正的起点错掉,真正的90%,我们让起点在70%,为何要这样选法,因为磷酸铁锂这个电池在70%到95%的区间,它的电压只变化两到三个毫伏,可是这是我们2008年做的,那个时候的精度大概有3到4个毫伏的误差。所以要做这个东西,实际上是比较困难的,我们检测精度都不够,我们故意把起点搞错掉,看能不能纠正过来。所以我们看红线,它迅速的能够跳到正确的位置。



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