你知道什么才是BMS動力電池管理系統(tǒng)的核心技術(shù)嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-25 16:34
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什么是BMS的核心技術(shù)？
最近看到國內(nèi)某企業(yè)的宣傳牌，因?yàn)椴捎肁UTOSAR的軟件構(gòu)架這樣的底層軟件而聲稱“全面掌握動力電池管理系統(tǒng)(BMS)軟硬件技術(shù)”、“達(dá)到世界先進(jìn)水平”、“采用多重均衡控制能力”。很能夠吸引眼球。這些東西是BMS的核心技術(shù)嗎？
通常BMS系統(tǒng)通常包括檢測模塊與運(yùn)算控制模塊。
檢測是指測量電芯的電壓、電流和溫度以及電池組的電壓，然后將這些信號傳給運(yùn)算模塊進(jìn)行處理發(fā)出指令。所以運(yùn)算控制模塊是BMS的大腦?？刂颇K一般包括硬件、基礎(chǔ)軟件、運(yùn)行時環(huán)境(RTE)和應(yīng)用軟件。其中最核心的部分——應(yīng)用軟件。對于用Simulink 開發(fā)的環(huán)境的一般分為兩部分：電池狀態(tài)的估算算法和故障診斷以及保護(hù)。狀態(tài)估算包括SOC(State Of Charge)、SOP(State Of Power)、SOH(State of Health)以及均衡和熱管理。
電池狀態(tài)估算通常是估算SOC、SOP和SOH。SOC (荷電狀態(tài))簡單的說就是電池還剩下多少電；SOC 是BMS中最重要的參數(shù)，因?yàn)槠渌磺卸际且許OC為基礎(chǔ)的，所以它的精度和魯棒性(也叫糾錯能力)極其重要。如果沒有精確的SOC，加再多的保護(hù)功能也無法使BMS正常工作，因?yàn)殡姵貢?jīng)常處于被保護(hù)狀態(tài)，更無法延長電池的壽命。
此外，SOC的估算精度也是十分重要的。精度越高，對于相同容量的電池，可以有更高的續(xù)航里程。所以，高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的電池成本。比如克萊斯勒的菲亞特500e BEV，可以一直放電 SOC=5%。成為當(dāng)時續(xù)航里程最長的電動車。
一個算法魯棒性的例子。電池是磷酸鐵鋰電池。它的SOCvs OCV曲線在SOC從70%到95%區(qū)間大約只變化2-3mV。而電壓傳感器的測量誤差就有3-4mV。在這種情況下，我們有意讓初始SOC有20%的誤差，看看算法能不能夠把這20%的誤差糾正過來。如果沒有糾錯功能，SOC會按照SOCI的曲線走。算法輸出的SOC是CombinedSOC也即是圖中的藍(lán)色實(shí)線。CalculatedSOC是根據(jù)最后的驗(yàn)證結(jié)果反推回去的真正SOC。
SOP是下一時刻比如下一個2秒、10秒、30秒以及持續(xù)的大電流的時候電池能夠提供的最大的放電和被充電的功率。當(dāng)然，這里面還應(yīng)該考慮到持續(xù)的大電流對保險(xiǎn)絲的影響。
SOP的精確估算可以最大限度地提高電池的利用效率。比如在剎車時可以盡量多的吸收回饋的能量而不傷害電池。在加速時可以提供更大的功率獲得更大的加速度而不傷害電池。同時也可以保證車在行駛過程中不會因?yàn)榍穳夯蛘哌^流保護(hù)而失去動力即使是在SOC很低的時候。這么一來，所謂的一級保護(hù)二級保護(hù)在精確的SOP面前都是過眼云煙。不是說保護(hù)不重要。保護(hù)永遠(yuǎn)都是需要的。但是它不可能是BMS的核心技術(shù)。對于低溫、舊電池以及很低的SOC來說，精確的SOP估算尤其重要。例如對于一組均衡很好的電池包，在比較高的SOC時，彼此間SOC可能相差很小，比如1-2%。但當(dāng)SOC很低時，會出現(xiàn)某個電芯電壓急速下降的情況。這個電芯的電壓甚至比其他電池電壓低1V多的情況。要保證每一個電芯電壓始終不低于電池供應(yīng)商給出的最低電壓，SOP必須精確地估算出下一時刻這個電壓急速下降的電芯的最大的輸出功率以限制電池的使用從而保護(hù)電池。估算SOP的核心是實(shí)時在線估算電池的每一個等效阻抗。
SOH 是指電池的健康狀態(tài)。它包括兩部分：安時容量和功率的變化。一般認(rèn)為：當(dāng)安時容量衰減20%或者輸出功率衰減25%時，電池的壽命就到了。但是，這并不是說車就不能開了。對于純電動車EV來說安時容量的估算更重要一些因?yàn)樗c續(xù)航里程有直接關(guān)系而功率限制只是在低SOC的時候才重要。對于HEV或者PHEV來說，功率的變化更為重要這是因?yàn)殡姵氐陌矔r容量比較小，可以提供的功率有限尤其是在低溫。對于SOH的要求也是既要高精度也要魯棒性。而且沒有魯棒性的SOH是沒有意義的。精度低于20%，就沒有意義。SOH的估算也是基于SOC的估算。所以SOC的算法是算法的核心。電池狀態(tài)估算算法是BMS的核心。其他的都是為這個算法服務(wù)的。所以當(dāng)有人聲稱突破了或者掌握了BMS的核心技術(shù)，應(yīng)該問問他到底做了BMS的什么？是算法還是主動均衡或者只做BMS的硬件和底層軟件？或者只是提出一種BMS的結(jié)構(gòu)方式？
有人說特斯拉之所以牛，是因?yàn)樗腂MS可以管理7104節(jié)電池。這是它牛的地方嗎？它真的是管理7104節(jié)電池嗎？特斯拉model S確實(shí)用了7104節(jié)電池，但是串聯(lián)在一起的只有96節(jié)，并聯(lián)的只能算一節(jié)電池不管你并聯(lián)多少節(jié)。為什么？因?yàn)槠渌镜碾姵亟M也是只計(jì)算串聯(lián)的個數(shù)而不是并聯(lián)的個數(shù)。特斯拉憑什么要特殊呢？事實(shí)上，如果你了解特斯拉的算法，你就會知道特斯拉的算法不僅需要大量的工況數(shù)據(jù)定標(biāo)，而且還不能保證在任何情況下尤其是在電池老化以后的估算精度。當(dāng)然，特斯拉的算法比幾乎所有國內(nèi)的BMS算法還是好很多。國內(nèi)的BMS算法幾乎都是電流積分加開路電壓的方法用開路電壓計(jì)算初始SOC，然后用電流積分計(jì)算SOC的變化。問題是如果啟始點(diǎn)的電壓錯了，或者安時容量不準(zhǔn)，豈不是要一錯到底直到再次充滿才能糾正？啟始點(diǎn)的電壓錯會出錯嗎？經(jīng)驗(yàn)告訴我們，會的，盡管概率很低。如果要保證萬無一失，就不能只靠精確的啟始點(diǎn)的電壓來保證啟始SOC的正確。
