BMS专家林健：国产BMS问题、技术、国内外BMS算法2021-06-12 08:09
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。
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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