鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：652次 | 2018年12月28日
要從電池和安全出發(fā)，促進(jìn)企業(yè)優(yōu)勝劣汰
日前，全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化委員會公布了《電動(dòng)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建議，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？
大家知道這個(gè)技術(shù)條件簡稱QCT897。并且最初是2011年公布的。我們知道它不是一個(gè)國標(biāo)，只是一個(gè)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頁講的都是如何驗(yàn)證SOC的精度，這說明SOC精度在BMS中占了比較重要的份量，非常重視。
2016年5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(shí)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知道不可能是直線。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，最長的工況只有90秒，連續(xù)允許10個(gè)循環(huán)，900秒才15分鐘，時(shí)間太短了。最要命的在哪里？在整個(gè)15分鐘中，SOC變化只有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(dòng)，不工作，SOC起點(diǎn)和終點(diǎn)一樣的都可以達(dá)標(biāo)，這個(gè)驗(yàn)證沒有意義。從某種意義上來說，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)沒有什么用。
此外，我們知道BMS的核心是狀態(tài)估計(jì)。它涉及到至少三個(gè)問題：SOC、SOP、SOH，但是這個(gè)準(zhǔn)國標(biāo)里面只提了SOC其他的沒有涉及。我們知道關(guān)于BMS，SOC里面有一個(gè)很重要的是OCV與SOC的關(guān)系，這個(gè)國標(biāo)里面也沒有涉及，這個(gè)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(gè)點(diǎn)：一個(gè)是80%，一個(gè)是30%，在這兩個(gè)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(shí)才停下來，不管是BEV也好，還是PHEV或者HEV，要求你從100%到0%都必須工作正常，誤差都不能超過一定的值，而不是只要2個(gè)點(diǎn)。我們知道，HEV工作的狀態(tài)在哪里？國外在20%左右，國內(nèi)稍微高點(diǎn)，只測這兩個(gè)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，馬上知道新算法能不能過關(guān)。
時(shí)間上來講，國標(biāo)15分鐘，國外是要求從100%到0%。時(shí)間用最少要1個(gè)小時(shí)，美國通用汽車公司曾經(jīng)用為了驗(yàn)證我的算法，在充放電柜上連續(xù)運(yùn)行了7小時(shí)的工況。其目的之一就是要看算法是否對安時(shí)積分的累積誤差有沒有糾錯(cuò)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(gè)試驗(yàn)是必做的，這就是SOC累計(jì)誤差的測試方法。下面還有一個(gè)講SOP估算精度測試方法，但是不是規(guī)范性性要求。所以應(yīng)該是可做也可不做。關(guān)于SOX方面，主要講這兩個(gè)。
SOC累積誤差測試方法
征求意見稿提出SOC累計(jì)誤差不能大于5%。工況不用手畫，用了兩個(gè)工況。一個(gè)叫FUDS，一個(gè)是DST工況。與2011年相比，工況更加接近實(shí)際，時(shí)間增加了不少。DST功耗時(shí)間是300秒，這是1400秒，有很大的改進(jìn)。如果要做規(guī)范性測試，顯然規(guī)范性測試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(gè)工況，大概十多年以前我們剛剛開始搞鋰電池用的工況，那時(shí)電動(dòng)車比較少。大家看這個(gè)工況也是直線，所以后來美國不用了。美國現(xiàn)在用什么工況？FTP工況。一般做三個(gè)工況，即city，Highway，和US06，US06這個(gè)工況比較猛一點(diǎn)。后來，根據(jù)做沃蘭達(dá)（VOLT）的經(jīng)驗(yàn)，我們把這三個(gè)工況改了，用盡量少的工況去覆蓋盡量多的情況，尤其是BMS難以處理的復(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(gè)合格的算法，必須能夠在各種復(fù)雜情況下，都能正常工作。如果沒有這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，即使我讓你過了，姑且不說消費(fèi)者是否滿意，標(biāo)定工程師也不會放過你。比如，我在通用汽車做VOLT項(xiàng)目時(shí)，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(shí)，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(gè)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(gè)修改后的復(fù)雜工況，他們做了一個(gè)多月。就是無法糾錯(cuò)。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(gè)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(gè)國標(biāo)要求有待提升。
征求意見稿講了要測三個(gè)溫度點(diǎn)：10度、25度、40度。這三個(gè)溫度點(diǎn)都跟常溫比較接近，應(yīng)該算是一個(gè)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(gè)工況功率非常大，一開始是負(fù)20度，過一段時(shí)間，溫度慢慢上來了，這樣我們的最低溫最高溫基本上全部包含了，自然而然確保所有的區(qū)域的估算精度。
SOC誤差計(jì)算，這里也有三個(gè)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)行試驗(yàn)，時(shí)間沒有錯(cuò)，容量沒有錯(cuò)，如果有誤差，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。
真正重要的是，當(dāng)電池開始老化的時(shí)候，當(dāng)安時(shí)容量改變以后，算出來的誤差才是更重要的。
第二個(gè)要求，這個(gè)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。連續(xù)做10個(gè)，HEV工作期間是20%，作為一個(gè)國標(biāo)應(yīng)該把所有的可能都放進(jìn)去。更重要的是，開始時(shí)先靜止30到60分鐘，一個(gè)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次的效果一樣的。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(gè)要求，是在整個(gè)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。這也許就是為什么每個(gè)循環(huán)后，要靜置幾十分鐘。
比較好的做法是：
第一、SOC變化跨越1-100%區(qū)間，不管是BEV、PHEV還是HEV，要跨越整個(gè)變化區(qū)間。
第二、要把每個(gè)循環(huán)周期的凈置時(shí)間去掉，去掉的目的是讓誤差累計(jì)起來，不給你消除累計(jì)誤差的機(jī)會，不給你有任何鉆空子，利用靜置時(shí)間計(jì)算誤差有多大的機(jī)會。消除了誤差或者知道了誤差再循環(huán)，做100次都沒用。沒有靜置時(shí)間，連續(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)是知道誤差以后，可以平滑修正。
如果提一個(gè)更高的要求，我們應(yīng)該要求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，現(xiàn)在要求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。如果國標(biāo)不要求BMS在電池的整個(gè)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不需要保證電池在整個(gè)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)量是一大原因。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)該不吸取教訓(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(gè)HPPC的截圖。很顯然，作者是想通過HPPC試驗(yàn)得出SOP。但是，開車的時(shí)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)。最好的辦法是運(yùn)行一段時(shí)間真正的工況，再打一個(gè)脈沖，測量功率。
為什么用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(dòng)態(tài)特性。所以，這個(gè)方法本身會造成較大誤差。如果國標(biāo)拿一個(gè)不正確的方法作為國家標(biāo)準(zhǔn)，丟的不僅是制定者個(gè)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(shí)間里，里面有電容，靜止很長時(shí)間之后與實(shí)際情況不一樣了。對于功率的預(yù)測，重要不僅是電池長時(shí)間靜止以后，接下來的最大充放電功率，更重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)證方法，是否需要改，值得國標(biāo)制定者，認(rèn)真思考。
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，制定出能夠促進(jìn)優(yōu)勝劣汰更好的國標(biāo)。
總的來說，這個(gè)征求意見稿與2011年版相比有改進(jìn)，但是，沒有本質(zhì)上的突破。這說明我們國家BMS的整體水平與2011年相比也沒有本質(zhì)上的突破。因?yàn)檫@個(gè)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，制定者用的測試工況、試驗(yàn)方法與實(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。在電池領(lǐng)域或者電池測試領(lǐng)域與在BMS領(lǐng)域是有本質(zhì)上的區(qū)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測試工程師，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(gè)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)該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“總電壓檢測精度應(yīng)滿足±2％FS”；“總電流檢測精度應(yīng)滿足±2％FS”。就不合理。因?yàn)榇艘笫且园矔r(shí)積分為基礎(chǔ)估算SOC的，但不是所有的SOC估算都是以安時(shí)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(shí)積分作為SOC估算方法，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(bào)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(gè)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(shí)候突然趴窩。續(xù)航里程的估計(jì)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(gè)新國標(biāo)推薦版）的蓋有國家認(rèn)定的檢測機(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)，實(shí)在有點(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)的方法。而不能夠只照顧安時(shí)積分法。畢竟國標(biāo)不是企標(biāo)，也不是安時(shí)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)，就不是什么人都可以掌握的。否則，就不是什么核心技術(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。
