動力電池管理系統技術發展現狀、存在問題及發展趨勢
圖為江西百思特銳動力有限公司首席技術官、國家千人計劃特聘專家林健發表演講
為了幫助企業客觀分析2016年動力電池行業運行情況，正確把握行業發展趨勢，加大動力及儲能電池的開發應用，由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網聯合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網絡科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場年會暨2016年第一屆動力電池應用國際峰會、2016年第二屆中國電池行業智能制造研討會”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會聚集了來自政府主管部門領導、知名科研機構專家、新能源汽車動力電池產業鏈上中下游的企業家、投資機構代表以及媒體記者等500多人參會。
在本次會議上，江西百思特銳動力有限公司首席技術官、國家千人計劃特聘專家林健博士做了題為《動力電池管理系統技術發展現狀、存在問題及發展趨勢》的專題報告，以下是根據速記整理的內容，未經本人審核，僅供參考。
林健：秘書長當時給了我這么一個題目，覺得這個題目還是比較大的，如果仔細講要講很長時間，因為時間有限，所以可能很多地方要跳過去。
這個是我講的提綱，主要講BMS是做什么的，BMS的核心技術是什么？國外一般怎么做的？沒有辦法覆蓋所有的，但是絕大部分覆蓋了，最后介紹一下我們自己做的BMS。
如果大家參加了一些會，所有的專家基本上講BMS的時候一般都會講到說BMS是保護電池、延長電池壽命，但是幾乎沒有人講是要充分發揮電池能力的，我這里主要講BMS很重要的任務，就是使得電池盡量把它的能力發揮出來。
一個完整的BMS包括哪些東西呢？能夠精確的估算出SOC、SOP、SOH，有效的動力均衡控制策略，容錯、糾錯機制，基于安全的跛性模型。主要的方法已經轉到了用主動均衡，我們至今為止，德國我不知道，日本也不知道，但是美國沒有一家用主動均衡，原因我們等一下再談。對于BMS來說，最重要是哪一部分，就是它的上升的應用軟件，具體來說就是估算策略。
我自己總結了一點，因為我離開GS以后到了克萊斯勒工作了幾年，克萊斯勒一開始能力有限，所以很多供應商在賣BMS給我們，必須得告訴我們他的算法的原理怎么做的，雖然我沒有提到廠家的名字，但是我可以把方法總結出來。國外主流的供應商，一般對BMS的估算都是從OCV開始的，和國內有本質的區別，國內幾乎全都是用積分。
國外怎么處理呢，用這個得到了總組化，沒有辦法把每個電阻、電容的變化計算出來，所以會造成一個問題，因為我們在計算功率的時候，需要知道每一個值的變化，所以你知道總的值的變化，你不知道每一個等效電路里邊某一個值的變化，你無法準確的估算出SOP。因為是實時估算SOC，所以是有一定的糾錯能力的，如果你用電流積分的話是沒有糾錯能力的，起點錯了從頭錯到尾。而且對于糾錯能力來說，電流積分還有很大的問題，就是一旦電流測量錯了也是沒有辦法糾正的。曾經我們在沃藍達做完之后，GM做的第二輛車，用的是磷酸鐵鋰電池，是純EV，當時供應商把電池拿給我們了，他告訴我們說他有兩套系統保證測量精度，我們問他一個問題，如果電池老化了怎么辦，他沒有辦法回答，所以這也是電動汽車一個很大的問題。對于OCD估算，國外廠家他的問題在哪里呢？標定工作量很大，他需要把所有的值標定好，然后修正它，這個工作量比較大。因為不能反映出每個等效參數的變化，所以造成了SOP的估算就很大。比方2014年我們克萊斯勒有一輛車，2014年的時候底特律非常冷，大概零下20幾度，按照電池供應商給我們的參數，在零下20度應該能輸出50幾千瓦，但是我們用了供應商的算法，他只能輸送20幾千瓦，所以我們找這個供應商扯皮扯了很長一段時間，這就是他的誤差。
SOH，國外一般可以做到10%。國內一般兩個方法，一個就是算安時積分，或者就是找多項式，有兩個問題，第一，你得到實驗數據，做這個實驗數據是哪兒來的？特定功耗的數據，不能反映出一個人開的工況，因為我們知道電池老化不同的人開是不一樣的，盡管國內頭幾名的供應商也告訴我們，他說我們經過國多項式可以準確的估算出SOH的1%，其實這只是個別現象，大多數是估算不出來的。均衡，國外幾乎全部是無源的，我們也是無源的，為什么強調有源的呢？我回國的時候有人告訴我，你這個根本搞不下去的，我看了一下國內做這個的概念不清楚、方法也錯了，當然就做不好了。
這是一般國內計算SOC的方法，主要是安時積分，把電池模型加上去，溫度補償、工況補償、老化補償都往里面加，這個加的話，每一個都是有誤差的，所以最后誤差還是不少的。最后誤差可以達到多少呢？我這兒有一個例子，這是我們一個很復雜的工況，這個路況里邊，綠顏色的是電流，藍顏色的是安時積分，紅顏色的是我們估算出來的SOC，即使我們起點是對的，即使我們安時容量也是對的，我們現在采用100赫茲，當電流變化不大的時候，這兩個幾乎是一樣的，當電流變化一大，我們發現安時積分和我們實時估算的誤差可以相差18%。這個誤差哪兒來的呢？有的時候到底是你的錯還是我的錯，我說我也不知道是你的錯、還是我的錯，但是我們有一個標準，我們歇了一個小時停下來，通過OCP可以查到真正的SOC是52%，和我們的極為接近，我們大概是0.3%左右，既然我們是對的，我們安時積分就錯了，一個很重要的原因就是他的采樣頻率不夠。
我們說安時積分很不靠，它沒有糾錯能力。有人說我們怎么好像沒有見到過你說的這么大誤差，實際上你到網上一查，有人說我們過了收費站，他說一過收費站SOC急劇下降，開著開著路上就停了，為什么出現這種情況呢？原因很簡單，因為安時積分當電流大的時候你是無法糾正的，國內一般是電流很小的時候，就是說車速很慢的時候，甚至停下來的時候，那個時候電流大概只有2、3安培，那個時候他認為他的端電壓接近了，一查表那個時候一糾正，錯了。
這也是一個例子，這是上海前兩個月在群里面發的，某大牛的BMS，國企的電池好像沒有幾家，然后說SOC在上海路上從39%直接掉到這個上面去了，這也是一個例子，說明安時積分的問題，原因是一樣的。
我們還說即使有些情況下，這也是個別情況，實際上當安時積分出錯的時候，根本也不知道時間。因為我們的國標沒有給出在路上驗證SOC的一個辦法。我們2011年總國標，技術條件，這個國標一共有13張紙，有7張紙用了驗證，講怎么驗證SOC，但是要仔細看國標的話，你的BMS要達不到國標，真是難于上青天。
這個國標少什么東西呢？給了幾個工況，這兩個工況是最長的，一個是90秒，一個是80秒，第一個國標是直線，我們知道開車的時候你拿不到直線，肯定是抖動的，所以國標的工況是用手畫的，不是一個真實的曲線、不是一個真實的工況。第二，最長的90秒，國標說這個90秒連續運行10次就是900秒，900秒是15分鐘，這個時間太短了，時間太短了也好說，更要命的是，運行15分鐘之后，電池的SOC變化9%點幾，不到10%，國標中你只要SOC的誤差小于10%就可以過關，所以即使你的BMS破了SOC只保持不變，根本不需要動你就通過了國標，所以國標要想不過的話非常困難，除非你變動方法和電流變化方向是相反的。我們知道不管是用什么方法，有一個最重要的東西就是OCV與SOC的關系曲線，即使用國標法SOC也是通過OCV確定的，所以這個關系是非常重要的，但是國標里面沒有講這個東西怎么做。
第二，我們講SOP，SOP國內一般是靠查表，比如電壓低于某個值，電壓衰減多少，用的是一刀切，實際上他給出的值遠遠達不到電池所能給的值。我們看一下通用的沃藍達，在美國累計銷售10萬輛，綜合行駛里成高達40億公里，目前為止沒有出現過一次事故，唯一一次做實驗的起火，那個是不算的。他怎么做到電池跑累計40億公里不出事故呢，靠的是我們SOP。我們一講BMS，很多說我們有一級防護、二級防護、三級防護，但是我們說防護確確實實不可少的，是以防萬一用的，但是正常情況下防護是不能夠被用上的，一旦被用上說明你的算法錯了，你就必須得改。所以保護電池靠的不是什么一級防護、二級防護，靠的是SOP，通過SOP來限制電池的充電功率和放電功率，來充分的發揮電池的能力，提高電池的能量回收，同時提高電池的加速性能。我們有時候經常可以發現，進口汽車跟我們的國產車差不多大，但是進口車你一踩油門有一種感覺，國產車沒有這種感覺，因為進口車可以精確的預測到我發動機到底能夠輸出到多大功率，我就以最大的值往外輸，可是國產車不敢到這個值，就像我前面講的，很糟以前就把電壓給限制住了。
在某些會議上有些專家說，我們在不同情況下電池內阻是變化的，他們經過大量的實驗發現，BMS采用固定不變的模型測試肯定是有問題的，還有的說在不同的工況下要用不同的模型。還是看這個例子，這個例子我們看白線框框講的圖，這個地方，黃顏色是我們估算的OCD，藍顏色是我們測量的，我們以最低點作為一個我們最低的限制電壓3.67V，我們計算功率，這個是2秒鐘的功率，這是10秒鐘的功率，這是30秒鐘的功率，我們可以看得出來，2秒鐘的功率差不多正好拿到的功率和我們預測的功率是一樣的，30秒的功率、10秒的功率一直都是這樣，這個整個時間是40秒。所以我們說我們到底能夠拿到多少功率是靠SOP的精確估算拿到的，而不是靠簡單的限制電壓拿到的。
之后再講一講SOH。這是我們做了一個40安時的電池，起點是40安時，經過很多工況以后誤差幾乎不變，我們估算是在40安時左右，誤差是1.8%。我們假設不知道安時容量，我們從30安時開始，經過同樣工況以后也能回到40安時。這個是從50安時開始也回到了40安時，所以我們說我們可以很精確的估算出電池的SOH。
最后講一個核心技術，到底我們的BMS核心技術應該往哪個方向發展，需要一個好的模型，這個模型應該能夠反映電池真實完整的動態特性，而不應該隨工況或者隨時間而變，不隨電池老化程度而變，一個好的算法應該具有高精度、高魯棒性，而不是隨工況而變，隨時間而變，隨電池老化而變，必須涵蓋所有的可能性。一個好的算法，同時必須對電池的狀態進行實時在線的估算。
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