鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1031次 | 2021年08月21日
建言BMS技術(shù)新國標(biāo)：要從電池和安全出發(fā)，促使優(yōu)勝劣汰
日前，全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布了《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》的征求意見稿。筆者希望給文件起草單位提出一些提議，限于篇幅，僅對SOC和SOP簡稱SOX進(jìn)行分享。
2011年的QCT897問題在哪里?
大家了解這個技術(shù)條件簡稱QCT897。并且最初是2011年公布的。我們了解它不是一個國標(biāo)，只是一個參考。但是幾乎所有OEM都要求bMS能夠通過它。技術(shù)條件有14頁，其中有7頁講的都是要怎么樣驗(yàn)證SOC的精度，這說明SOC精度在bMS中占了比較緊要的份量，非常重視。
2016年五月我在網(wǎng)上曾經(jīng)發(fā)表了一篇文章，《電池管理系統(tǒng)技術(shù)國標(biāo)是時候修改了》，表達(dá)了一些看法：
首先是驗(yàn)證SOC的工況，大家看過實(shí)際的電壓和電流的變化都了解不可能是直線。所以，與實(shí)際工況差的非常遠(yuǎn)。
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%
第二，最長的工況惟有90秒，繼續(xù)準(zhǔn)許10個循環(huán)，900秒才15分鐘，時間太短了。最要命的在哪里？在整個15分鐘中，SOC變化惟有9%多，對SOC精度要求是多少？精度要求要小于10%。也就是說，就算傳感器根本不動，不工作，SOC起點(diǎn)和終點(diǎn)相同的都可以達(dá)標(biāo)，這個驗(yàn)證沒有意義。從某種意義上來說，這個標(biāo)準(zhǔn)沒有什么用。
此外，我們了解bMS的核心是狀態(tài)估計。它涉及到至少三個問題：SOC、SOP、SOH，但是這個準(zhǔn)國標(biāo)里面只提了SOC其他的沒有涉及。我們了解有關(guān)bMS，SOC里面有一個很緊要的是OCV與SOC的關(guān)系，這個國標(biāo)里面也沒有涉及，這個準(zhǔn)國標(biāo)很多細(xì)節(jié)較欠缺。
國外的比較一下，國標(biāo)只測兩個點(diǎn)：一個是80%，一個是30%，在這兩個點(diǎn)測精度。而國外把電池充100%一直放到差不多0%，也就是說當(dāng)電壓達(dá)到了最低值時才停下來，不管是bEV也好，還是PHEV或者HEV，要求你從100%到0%都非得工作正常，誤差都不能超過一定的值，而不是只要2個點(diǎn)。我們了解，HEV工作的狀態(tài)在哪里？國外在20%左右，國內(nèi)略微高點(diǎn)，只測這兩個點(diǎn)，HEV就不管了？所以有很大的問題。
SOC工況，國標(biāo)手畫的線，美國通用是用各種復(fù)雜的工況也就是有可能使SOC估算失效的工況，來驗(yàn)證。新的算法來了，調(diào)出這些工況，馬上了解新算法可不可以過關(guān)。
時間上來講，國標(biāo)15分鐘，國外是要求從100%到0%。時間用最少要1個小時，美國通用汽車公司曾經(jīng)用為了驗(yàn)證我的算法，在充放電柜上繼續(xù)運(yùn)行了7小時的工況。其目的之一就是要看算法是不是對安時積分的累積誤差有沒有糾錯能力。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
新國標(biāo)征求意見稿SOC的問題
下面看一下新國標(biāo)征求意見稿的問題。首先對SOC的累積誤差規(guī)范性要求。也就是說，這個實(shí)驗(yàn)是必做的，這就是SOC累計誤差的探測辦法。下面還有一個講SOP估算精度探測辦法，但是否規(guī)范性性要求。所以應(yīng)當(dāng)是可做也可不做。有關(guān)SOX方面，緊要講這兩個。
SOC累積誤差探測辦法
征求意見稿提出SOC累計誤差不能大于5%。工況不用手畫，用了兩個工況。一個叫FUDS，一個是DST工況。與2011年相比，工況更加接近實(shí)際，時間新增了不少。DST功耗時間是300秒，這是1400秒，有很大的改進(jìn)。倘若要做規(guī)范性探測，顯然規(guī)范性探測的工況一定要接近于實(shí)際工況，盡量多的接近實(shí)際工況。
DST工況，是美國早年用的一個工況，大概十多年往日我們剛剛開始搞鋰離子電池用的工況，那時電動汽車比較少。大家看這個工況也是直線，所以后來美國不用了。美國今朝用什么工況？FTP工況。一般做三個工況，即city，Highway，和US06，US06這個工況比較猛一點(diǎn)。后來，依據(jù)做沃蘭達(dá)（VOLT）的相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，我們把這三個工況改了，用盡量少的工況去傾覆盡量多的情況，尤其是bMS難以解決的復(fù)雜工況。這不是我們故意刁難，而是對電池的安全負(fù)責(zé)，對用戶的安全負(fù)責(zé)。一個合格的算法，非得能夠在各種復(fù)雜情況下，都能正常工作。倘若沒有這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，即使我讓你過了，姑且不說消費(fèi)者是不是滿意，標(biāo)定工程師也不會放過你。比如，我在通用汽車做VOLT項目時，我和標(biāo)定工程師們一起出去試車。他們從山上急速開到山下后，我們都可以聞到車胎由于急剎車造成燒焦的味道。再比如，我在克萊斯勒時，歐洲一家大供應(yīng)商來公司演講。把他們的SOC算法的原理告訴我們。我當(dāng)即指出，這個算法在急加速急減速的情況下，是過不了的。他們解釋說，他們已經(jīng)做過所有歐洲的標(biāo)準(zhǔn)工況的仿真。誤差很小。后來，我給了他們一個修改后的復(fù)雜工況，他們做了一個多月。就是無法糾錯。他們說，這不是實(shí)際工況。不考慮。我找公司的標(biāo)定工程師，要他們開車，開一個類似的工況。結(jié)果開出的工況，比修改后的復(fù)雜工況還要猛。逼這家世界聞名的供應(yīng)商修改算法。和國外的公司的要求相比，這個國標(biāo)要求有待提升。
征求意見稿講了要測三個溫度點(diǎn)：10度、25度、40度。這三個溫度點(diǎn)都跟常溫比較接近，應(yīng)當(dāng)算是一個溫度點(diǎn)，這是屬于正常的工作范圍。我們在美國怎么做的呢？降溫到零下20度，然后運(yùn)行比較猛的復(fù)雜工況，這兩個工況功率非常大，一開始是負(fù)20度，過一段時間，溫度慢慢上來了，這樣我們的最低溫最高溫基本上全部蘊(yùn)含了，自然而然確保所有的區(qū)域的估算精度。
SOC誤差計算，這里也有三個很大的問題，它說可以事先校準(zhǔn)電池容量。校完之后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，時間沒有錯，容量沒有錯，倘若有誤差，誤差就是電流傳感器的測量誤差，所以驗(yàn)證SOC誤差變成傳感器精度測量誤差，這肯定有問題的。正因?yàn)槿绱?，國?nèi)做bMS的廠家才如雨后春筍。低劣的國標(biāo)要求是有不可推卸的責(zé)任的。
真正緊要的是，當(dāng)電池開始老化的時候，當(dāng)安時容量改變以后，算出來的誤差才是更緊要的。
第二個要求，這個工況怎么算呢？先放80%靜置30到60分鐘，在運(yùn)行工況，放電到30%的SOC，再靜置30-60分鐘，再充電。繼續(xù)做10個，HEV工作期間是20%，作為一個國標(biāo)應(yīng)當(dāng)把所有的可能都放進(jìn)去。更緊要的是，開始時先靜止30到60分鐘，一個循環(huán)靜置兩次，十次循環(huán)沒有意義，因?yàn)殪o止后，累積誤差被調(diào)整消除了。做10次和做1次的效果相同的。而且，為了驗(yàn)證SOC最大誤差小于5%，只讓SOC變化50%，顯然是有問題的。
第三個要求，是在整個循環(huán)驗(yàn)證過程中，溫度保持不變。這就離實(shí)際情況太遠(yuǎn)了。這也許就是為甚么每個循環(huán)后，要靜置幾十分鐘。
比較好的做法是：
第一、SOC變化跨過1-100%區(qū)間，不管是bEV、PHEV還是HEV，要跨過整個變化區(qū)間。
第二、要把每個循環(huán)周期的凈置時間去掉，去掉的目的是讓誤差累計起來，不給你消除累計誤差的機(jī)會，不給你有任何鉆空子，利用靜置時間計算誤差有多大的機(jī)會。消除了誤差或者了解了誤差再循環(huán)，做100次都沒用。沒有靜置時間，繼續(xù)十次循環(huán)完之后靜置下來才有意義。否則都是假的。有人就告訴過我，說他們公司的核心技術(shù)是了解誤差以后，可以平滑修正。
倘若提一個更高的要求，我們應(yīng)當(dāng)要求SOC在全生命周期中都能夠保障5%的誤差，這才是我們最根本的要求，不是說電池就用一年就算了，今朝要求8年12萬公里，電池肯定要老化，不能說對新電池可以對舊的不管了。倘若國標(biāo)不要求bMS在電池的整個生命周期內(nèi)都能夠保證對SOC估算精度基本保持不變，這等于是說bMS不要保證電池在整個生命周期內(nèi)能夠保證電池的安全。今年大量起火的新能源汽車基本都不是新車，而是使用過幾年的車。盡管電芯質(zhì)量是一大原由。bMS無法應(yīng)對老化電池也是脫不了干系的。國標(biāo)的制定者不應(yīng)當(dāng)不吸取教訓(xùn)，對此熟視無睹。
新國標(biāo)征求意見稿SOP的問題
接下來講一下SOP的問題。征求意見稿說電壓是這樣彎著掉下來，功率的圖形是方的矩形。見圖D。1。下面作為比較的圖是一個HPPC的截圖。很顯然，作者是想通過HPPC實(shí)驗(yàn)得出SOP。但是，開車的時候能得到的最大充電和放電的功率，功率的形狀下圖所展示的形狀，不可能是矩形。這離實(shí)際情況太遠(yuǎn)了一點(diǎn)。最好的方法是運(yùn)行一段時間真正的工況，再打一個脈沖，測量功率。
為甚么用HPPC會出現(xiàn)誤差？第一，HPPC的功率不夠大，不能夠完全反應(yīng)出大功率充放電電池的動態(tài)特性。所以，這個辦法本身會造成較大誤差。倘若國標(biāo)拿一個不正確的辦法作為國家標(biāo)準(zhǔn)，丟的不僅是制定者個人的臉，更是丟國家的臉。第二，HPPC測功率之前又靜止很長的時間里，里面有電容，靜止很長時間之后與實(shí)際情況不相同了。有關(guān)功率的預(yù)測，緊要不僅是電池長時間靜止以后，接下來的最大充放電功率，更緊要的是行駛過程中的最大充放電功率。這種本末倒置的驗(yàn)證辦法，是不是要改，值得國標(biāo)制定者，認(rèn)真沉思。
希望國標(biāo)制定者能夠以電池系統(tǒng)的安全和消費(fèi)者的體驗(yàn)和安全出發(fā)，從實(shí)際情況出發(fā)，適當(dāng)照顧目前部分供應(yīng)商的現(xiàn)有水平，制定出能夠促使優(yōu)勝劣汰更好的國標(biāo)。
總的來說，這個征求意見稿與2011年版相比有改進(jìn)，但是，沒有本質(zhì)上的沖破。這說明我們國家bMS的整體水平與2011年相比也沒有本質(zhì)上的沖破。因?yàn)檫@個國標(biāo)的制定并非是以電池安全為前提，對bMS的性能要求提出要求，更不是按照保護(hù)車上人員安全而制定的。而是按照制定者本身的水平和國內(nèi)絕大多數(shù)bMS供應(yīng)商的水平制定的。
其一，制定者用的探測工況、實(shí)驗(yàn)辦法與實(shí)際相差甚遠(yuǎn)。根本不是按照實(shí)際需求制定的。隔行如隔山。在電池范疇或者電池探測范疇與在bMS范疇是有本質(zhì)上的差別的。比如，眾所周知，某教授，曾經(jīng)在摩托羅拉公司當(dāng)過DPS探測工程師，就以為其可以做DSP。騙了國家上億元，還通過了包括院士在內(nèi)的所謂成果鑒定。結(jié)果還是弄出個漢芯的大笑話。國標(biāo)可以對SOX的精度提出要求，可以對特定的情況提出要求。但是，不應(yīng)當(dāng)對電流和電壓的測量精度提出要求。那不是你的事。比如征求意見稿要求“總電壓測試精度應(yīng)滿足±2％FS”；“總電流測試精度應(yīng)滿足±2％FS”。就不合理。因?yàn)榇艘笫且园矔r積分為基礎(chǔ)估算SOC的，但不是所有的SOC估算都是以安時積分為基礎(chǔ)。比如，國際上的先進(jìn)廠家都沒有以完全安時積分作為SOC估算辦法，這與國際上的趨勢背道而馳，此外，只要限制了控制精度比如SOX和故障報警，廠家自然會考慮用什么樣精度的電流和電壓傳感器來滿足要求。
其二，電池要求bMS在其整個生命周期內(nèi)都得到有效的保護(hù)。消費(fèi)者也同樣有這樣的需求。至少也不想車在較低SOC的時候猛然趴窩。續(xù)航里程的估計也要可靠。這是最起碼的要求。今年以來，幾十起新能源汽車的起火事故，難道與bMS毫無關(guān)系嗎？這些車上的bMS可全部通過2011年版（我相信也一定能夠通過這個新國標(biāo)推薦版）的蓋有國家認(rèn)定的測試機(jī)構(gòu)的大紅印章的呀！置電池安全于不顧，置乘客安全于不顧的bMS國家標(biāo)準(zhǔn)，確實(shí)有點(diǎn)有辱國標(biāo)的名聲。即使目前水平有限，有很多困難，也要兼顧其他先進(jìn)的辦法。而不能夠只照顧安時積分法。畢竟國標(biāo)不是企標(biāo)，也不是安時積分法的國標(biāo)。都說算法是bMS的核心技術(shù)。既然是核心技術(shù)，就不有什么人都可以掌握的。否則，就不有什么核心技術(shù)。低劣的國標(biāo)必然造成阿貓阿狗都要做bMS，必然造成魚目混珠。所以，國標(biāo)一定要提出比較高的要求，要從電池和乘客的安全和體驗(yàn)出發(fā)來制定。
