新能源汽車與傳統(tǒng)汽車最大的區(qū)別是用電池作為動力驅(qū)動汽車。所以動力電池是新能源汽車的核心。
前幾天看到有文章提到了「再不重視動力電池研究，就別提中國電動汽車彎道超車了。」 這是非常有道理的。不過目前此類研究在中國主要是研究所和學校的任務，而國內(nèi)絕大多數(shù)的企業(yè)沒有這個能力。
對大多數(shù)企業(yè)來說管理好現(xiàn)有的成熟的電池技術才是最重要的。因此有了「中國電動汽車要彎道超車 BMS(電池管理系統(tǒng))必須攻克」的觀點。近來網(wǎng)上各種有關BMS技術突破的新聞不斷出現(xiàn)。有些甚至號稱是顛覆性的以吸引眼球。有的根本做不了應用控制算法也號稱提供BMS核心技術。在這里，根據(jù)我自己在美國三大汽車公司做BMS的經(jīng)驗和大家聊聊。
什么是BMS的核心技術？
最近看到國內(nèi)某企業(yè)的宣傳牌，因為采用AUTOSAR的軟件構(gòu)架這樣的底層軟件而聲稱“全面掌握BMS軟硬件技術”、“達到世界先進水平”、“采用多重均衡控制能力”。很能夠吸引眼球。這些東西是BMS的核心技術嗎？
在北美，BMS系統(tǒng)通常包括檢測模塊與運算控制模塊。
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算模塊進行處理發(fā)出指令。所以運算控制模塊是BMS的大腦。控制模塊一般包括硬件、基礎軟件、運行時環(huán)境（RTE）和應用軟件。其中最核心的部分——應用軟件對于用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。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)估算通常也就是估算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)，因為其他一切都是以SOC為基礎的，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，加再多的保護功能也無法使BMS正常工作，因為電池會經(jīng)常處于被保護狀態(tài)，更無法延長電池的壽命。
精確的SOC估算還可以提高車的續(xù)航里程比如克萊斯勒的Fiat500e EV， 可以一直放電到SOC=5%。
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。
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為欠壓或者過流保護而失去動力即使是在SOC很低的時候。這么一來，所謂的一級保護二級保護在精確的SOP面前都是過眼云煙。不是說保護不重要。保護永遠都是需要的。但是它不可能是BMS的核心技術。
再說說SOH。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。一般認為：當安時容量衰減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為它與續(xù)航里程有直接關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為電池的安時容量比較小，可以提供的功率有限。從以上這些不難看出算法才是BMS的核心。其他的都是為這個算法服務的。所以當有人聲稱突破了或者掌握了BMS的核心技術，應該問問他到底做了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)方式如積木方式？
有人說特斯拉之所以牛，是因為它的BMS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？因為其他公司的電池組也是只計算串聯(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？實際上凡是能夠輕易就能夠仿照的都不能算是核心技術因為人人都能夠輕易做到。所以，即使你能夠算也不能聲稱掌握了BMS的核心技術。比如幾乎所有國內(nèi)的BMS算法都是電流積分加開路電壓。這根本不能算是核心技術。
中國新能源汽車均衡問題出在哪里？
某公司靠其核心技術--主動均衡技術榮獲高工鋰電金球獎。聲稱它的主動均衡技術能夠延長電池壽命30%續(xù)航里程20%。這一看就不靠譜。為什么？根本無法定量。你和誰比能夠延長壽命30%呀？和自己比有意義嗎？和沒有均衡比嗎？那你的水平就差遠了。和別人比，應該與最好的比才有意義。世界上不說最好至少還可以的BMS都沒有均衡問題。你怎么延長壽命30%呀？延長續(xù)航里程也是一樣的道理。比如Fiat500e,它的SOC容許一直放到5%。請問你還怎么延長20%的續(xù)航里程呀？再進一步說，主動均衡難嗎？硬件2008年TI就向我推銷它的主動均衡IC了。算法不外乎是同模組到電池相互均衡和不同模組之間的電池相互均衡。通用汽車公司早在6-7年前就已經(jīng)完成了仿真驗證。連文章都有了。不信的話，可以去看SAE會議論文。從算法角度講完全沒有難度可言。而且主動均衡根本也不是網(wǎng)上說的是“主動均衡功能一直以來是國外產(chǎn)品的殺手锏”。真是語不驚人死不休。國外為什么基本上不用主動均衡呢？主要是考慮到成本問題。如果被動均衡就能夠搞定，為什么要用主動均衡呢？國內(nèi)為什么極力鼓吹主動均衡呢？我認為主要是被動均衡搞不定。說起被動均衡，絕大多數(shù)人告訴我說是因為國內(nèi)電池質(zhì)量太差一致性不好。但是通過交談我發(fā)現(xiàn)根本原因在于概念不清、方法不對。要不然怎么會開車時均衡會越均衡越差？均衡的效果是可以計算出來的。更不會去宣稱采用所謂的什么多重均衡技術。為什么要用多重均衡？分明是沒有一種手段可以搞定均衡。這還是中國名列前矛的國企。他們做BMS的人告訴我說他們的車留有一個口用來做手動均衡。不知道這是不是他們聲稱的多重均衡技術之一。不能完全責怪電池的一致性不好。也需要從自身找原因。我曾經(jīng)做過的車里有兩款PHEV的車，開了才幾個月電池組內(nèi)的SOC相差高達45%。而且由于SOC、SOP的問題，車在路上經(jīng)常拋錨。公司一致認為是電池質(zhì)量問題而且一致同意更換電池供應商。但是我只是更改了算法，就把均衡的問題解決了。電池組中電芯SOC的差別由45%降到了3%。現(xiàn)在車已經(jīng)行駛了十幾萬公里了。拋錨的問題再也沒有發(fā)生過。
怎樣的算法才算核心技術？
從控制的角度來說，一個好的算法應該有2個標準：準確性和魯棒性（糾錯能力）。精度越高越好的道理在這里就不多說了。前面提到的電流積分加開路電壓實際上是用開路電壓糾錯，但是這種方法與在線實時糾錯相比，顯然魯棒性差遠了。這是為什么國外大公司都在用在線實時估算開路電壓來實現(xiàn)在線實時糾錯的原因。不是說你自己能夠生產(chǎn)BMS就是掌握核心技術，如果你做不到別人難以企及的高度，憑什么說你掌握了核心技術？
國內(nèi)一些人往往不知道別人的算法是什么，一看某個廠家做BMS就說有BMS核心技術，這樣說法是欠妥的。那些要花幾千塊錢去買的大部頭的書籍評論BMS優(yōu)劣的也根本不管各個BMS算法或者說核心技術的區(qū)別。不比較核心技術來比較BMS有意義嗎？只看是不是為某個有名的OEM提供BMS就認為牛，也不知道到底提供BMS里面的什么東西。是不懂裝懂呢，還是有一種崇洋的心情呢？
目前世界上BMS做得最好的應該有什么特點呢？它可以在線實時估算電池組的電池參數(shù)從而精確估算出電池組的SOC、SOP、SOH，并且能夠在短時間內(nèi)糾正初始SOC超過10%的誤差以及超過20%的安時容量的誤差或者百分之幾的電流測量誤差。美國通用汽車公司在6年前研發(fā)沃藍達時就做過一個實驗來測試算法的魯棒性：將3串并聯(lián)在一起的電池組拿掉一串，這時內(nèi)阻增加1/3、安時容量減小1/3。但是BMS并不知道。結(jié)果是SOC、SOP 在不到1分鐘就全部糾正SOH隨后也被精確地估算出來。這不僅說明算法的強大的糾錯能力，而且說明算法可以在電池的整個生命周期中始終保持估算精度不變。
對于電腦而言，如果出現(xiàn)藍屏，我們一般只需要重新啟動電腦就算了。可是，對于汽車，那怕拋錨的概率只有萬分之一也是難以容忍的。所以，與發(fā)表文章不同，汽車電子需要保證在任何情況下都能工作。做一個好的算法需要化極大精力去解決那些發(fā)生概率只有千分之一、萬分之一的情況。只有這樣才能保證萬無一失。比如說當汽車高速行駛在盤山公路上，大家所知道電池模型都會失效。這是因為持續(xù)的大電流會很快消耗掉電極表面的帶電離子，而內(nèi)部的離子來不及擴散出來，電池電壓會急劇下降。估算出SOC會有較大的誤差甚至會有10% 以上的誤差。精確的數(shù)學模型就是數(shù)學物理方法教科書上講的擴散方程。但是它無法用在車上因為數(shù)值解的運算量太大。BMS的CPU運算能力不夠。這不僅是一個工程難題，也是一個數(shù)學和物理的難題。解決這樣的技術難題，可以化解已知的幾乎所有影響電池狀態(tài)估算的極化問題。
BMS的狀態(tài)估算技術才是BMS的核心技術。盡管已經(jīng)過去了6年，目前世界上仍然沒有一家供應商能夠做到這樣的高精度和高魯棒的水平來保證電池工作的萬無一失。就連現(xiàn)在紅的發(fā)紫的特斯拉也望塵莫及。這不是在吹牛。特斯拉的粉絲一定聽說過特斯拉在北京大街上被拖走的事跡吧。這樣的算法才是殺手锏！沒有這樣的技術怎么彎道超車？
