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2018年新能源汽车智新峰会-汉腾汽车有限公司电池系统首席科学家林健-关于BMS新国标草案SOX精度测试的思考

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2018年新能源汽车智新峰会-汉腾汽车有限公司电池系统首席科学家林健-关于BMS新国标草案SOX精度测试的思考

作者:
来源:
节能与新能源汽车年鉴
日期:
2018/11/15 16:11
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汉腾汽车有限公司电池系统首席科学家 林健

 

11月15日,2018新能源新汽车智新峰会在北京召开,论坛重点围绕着打造关键零部件核心竞争力这一主题展开今天研讨。汉腾汽车有限公司电池系统首席科学家林健作为嘉宾参会,并发表主旨演讲,他给我们带来了关于BMS新国标草案SOX精度测试的思考。

 

大家好,国家标准委出版了BMS新国标的征求意见稿,我也看了一下,现在我就把我的一些自己想法跟大家分享一下。国标很长,时间有限,我只能就其中两个问题分享一下我的看法。SOC和SOP。SOC,现在用了QCT897-2011年的问题,还有新国标征求意见稿的问题还有介绍一下汉腾汽车的问题。

 

现在使用的技术条件,有什么问题?

 

技术条件一共也14页,其中有7页专门讲SOC精度怎么样验证。2016年5月在网上写了一篇文章,说这个东西好像问题不少,主要问题差在哪儿?都是手画的,实际上更没有这种工况,与实际工况差太远,这个工矿循环要用15分钟,这个时间太短了。另外,这个工况变化,从头到尾多少呢?百分之九点几,你这个SOC误差不能大于10%,也就是说就是SOC,BMS根本不动也可以通过国标的验证,这个国标说实话是没有什么意义的。

 

国外没有国标,这个公司是有自己的一套标准。像美国的公司通用福特自己都有标准,这个标准不算正式标准。通用和克赖斯特基本上都是自己写的,自己验证的。

 

国标有什么区别,80%和30%选两个点。美国通用从的100%一直验证到差不多0%,工况,国标是用直线,手画的直线,通用是有一个数据库,这个数据库里面把所有开的车发现的BMS有可能所有工况都搜集起来进行验证。国标也是15分钟,美国也是从100%放到零,没有一个小时是不可能的,用这个成绩做了七个小时的磷酸铁锂,这个差距是巨大的。

 

新国标已经换成了GB,说明它已经改了。有一个附录B,SOC累计误差测试方法,对SOP来说,SOA之类的,这个基本上没有提,所以我们重点讲一下SOC。SOC,这个实验是B座,其他SOP不是A座,均衡地提了一下,这个自己更没有搞清楚什么叫做均衡,所以我们只讲一下SOA、SOC。SOC这个累计误差不能大于5%,它选了两个规划,一个是FUDS工况,最后一个是DST工况,这两个工况显然比以前更接近实际,时间增加了很多,还有改进。

 

但是DST图上面的工况,我们一看也是一个手画的,不符合实际情况,在美国已经被淘汰掉,没有人用了。在美国用什么工况,不一定符合新能源汽车的用法。我认为美国三大汽车公司用的改了,一般的城市工况除以2,所有的电流以及功率除以2,这有什么好处,相当于开的很慢,实验开的很慢的情况下出现什么情况?还有是开的很猛的情况,把Highway所有电流乘2,把SS06乘了7,我后来又一次参加了这个这个会议,他说如果乘1.6还是1.7,可以去掉96%的功耗。实际上这个USC乘以0.7,这是急刹车,急加速很厉害的功耗,很多公司就是这样一个功耗,我给了一些供应商,几乎没有人可以通过。为什么同不过,因为这个算法存在着根本性的缺陷,如果过不了,这个算法的确会在某一些特殊情况下失效。

 

新国标征求意见稿,897,2011年的897有两个温度,这个设置了三个温度,10度,25度,40度,这三个温度都差不多,这三个温度和一个温度来说没有多大的区别,所以没有什么新意。可实际上的实验,我们知道这个温度跨越很大,在美国故意把个车放到冰库里面,不管是夏天也好,还是什么也好,一直开,把这个温度开上去。但是我们BMS怎么做,如果用Highway乘2或者US06乘1.7,这个温度一下子就上去了,可以测试整个BMS是不是在整个温度变化范围内是不是可以使用,不能说这个BMS只能在10度、20度、40度工作,但是北京最低气温都快接近了零度,不能说零度就不管了,这个国标温度包括的范围太低。

 

国标还有一个问题,它测的是累计误差,可是它所做的这个工况是什么?是从80%开始放电,放到30%,先半个小时到一个小时,充电回去到80%,然后再歇半个多小时,这样子做实时循环,这实时循环实际上是一直循环没有什么区别,当你有半个小时,从80%先歇半个小时,实际上你就做了一次循环,你放电放了30%,又休半个小时,你又做了一次循环,再回去,也就是说这一个分档循环你就下了两次,所以就没有意义了,所以你做十次误差和一次的误差是一样,要求我们做十次是毫无疑义的。

 

另外国外SOC应该是在20%左右晃动,国内略高一点25或者是30%,怕这个SOC太低,一下子这个车停了,国外一般是在20%。所以如果说只包括80-30%,实际上你的HEV没有包含。这样的循环从80-30%,SOC变化多少,50%,你要求他变化整个SOC误差不超过5%,实际上100%的变化之内不超过10%,对这个求太低了。

 

比较正确的方法,SOC还是一个跨越,从超过0%、1%和到100%。另外应该取消循环间的禁止时间,因为你给了禁止时间,实际上就有这样的机会,累计误差都消灭了。所以这样做就没有意义了。必须要等到十次循环之后才可以找SOC的误差。

 

为什么说安时积分不靠谱?从这里可以看出来,这些定制表针的人他心里面想的还是安时积分。这个蓝颜色的是安时积分计算出来的SOC,红颜色是我们自己的BMS算出来的SOC,绿颜色是电流的变化。如果我们起点没有错,我们的暗时容量没有错,我们可以看到六千秒之前,这个红线和蓝线几乎是一样的,但是600秒之后这两个分开了,分开之后,到了八千多秒,快九千秒的时候我们停下来,如果看SOC积分误距是34%,如果用自己的BMS估出来的这个SOC是52%,这个误差可以到将近18%,这是什么原因引来的?从六千秒到八千秒,这个电流变化的剧烈的时候,这个安时积分会出错,没有办法把所有的细节捕捉到,这可能是一个特例,但是一个特例可能足以说明误差很大。

 

为什么有的时候感觉见不到这样的结果,其实你是见到过,有的时候开着开着车,SOC急剧下降,开着开着车,车一下子就停下来了。还有因为这个国标,包括我们几乎所有的电芯厂给出的计算SOC的标准,我不能说是有错的,但是按照这个方法是做不出来一个很精确估算SOC的方法。新国标里面从来不提SOC到底怎么定义,这个SOC曲线到底应该怎么样定义以及怎么样做,在路上即使你发现了,只要他不讲,你也不知道。897,包括2011年的版本和现在的版本,都是一样的。他们根本就没有提怎么样验证,这是一个存在着很大的问题。

 

为了保证SOC在所有的情况下,我们必须做几个假设。

 

1、起点有可能错。

2、安时容不一定对,当这个车老化的时候无法给你一个精确的值。

 

有人说不上我用安时的估算,中国最大电机厂给了我们一个指标,他说如果我这个电池连续循环了多少次之后,这个电流应该怎么放,我就回问他一句,你说的循环是DOD100%DOD还是指50%的DOD,如果都有的话,靠这种电机厂提供这种安时容量不可靠。说我们有一个大数据,算出来,我认为还是不靠谱。中国男的这个平均寿命78岁,你能说这个男的了78岁都不行了吗,有的活到100岁还可以。不可以用13人统计规律代替某一个个体规律,李咏50多岁就没了,这些东西部靠谱,必须针对每一个个体估算它的安时容量。首先我们起点错了10%,另外安时容量错了20%,这样子算下来,安时积分得到的同样的工况,运算下来这个SOC多少,现在我们看是34%,现在是9.7%、10%。可是我们知道,SOC正确应该是52%,已经掉了10%,但是我们这个算法可以保证还是在52%,这就是我们有非常强的纠错能力。如果你谈算法,你只谈精度,不谈容包性(音),说实话这个算法是很成问题的。我们估算精度与安时容量无关。这样以来,我们省去了很多的工作,对电池老化参数标底这样的实验多余了,我们可以实时在线估算,极大地节省了大量的人力、物力。

 

这是GM做的东西,说实话这是我原来做的。安时还有一个问题。如果一个电池包里面有一个电池芯异常这个安时积分是不知道的。Boit这个车,他说SOC当不同的有差异的它没有Dattery到,因为做这个算法他们就告诉我说,你不需要管这些东西,因为假设他们是一致可以做出来就亲自满意了,世界上第一辆用锂电池的车,有这个水平还是不错的。为什么说有MALIBU也有这个问题,他说2016年的技术还是来自于乌兰达。2010年离开GM,他们说你当时做了DOC,虽然低于3%,但是我们想办法让它低于1%,看来GM至今仍然没有突破。

 

SOP,他说我们要得到一个矩形波,实际上得不到一个矩形波。我们知道这个电池如果看他这个电路,这个里面有RC电路还有L在里面,如果是一个纯电的电路,否则根本得不到这个矩形波,这个跟实际的情况根本无关。这是我们实际得到的波形,根本不是矩形波,这个红色的就是电压的这个电流。这是功率,这个功率完全是一个看像噪声一样,忽然一下给他一个油门一踩下去,或者说这个实验室里面忽然加一个脉冲,得到不是一个矩形波,是有一些形状的,因为不是一个纯电组。所以这个作者看样子是没有这种实际工况,讲的都是心率表。99%的企业,BMS给的都是功率表,也就是说给了一个不同的SOC不同的情况下这个功率多少,但是这个功率表大家想想怎么样得出来的?

 

1、假设等下电容这是零。

2、是指新电池,没有旧电池的功率表给你,旧电池功率表给了你,也不一定符合真实情况。

 

要验证它,最好的办法就是刚刚画的图,开始先运行一段工况,使得这个电容不是零,这是极其可能发生的情况,不是这个情况加一个脉冲下去,去找你到底估算的对不对。GM当时就出现的这个情况,最高电压是多少,3.3伏,最低掉到2.6伏,这个GM处理不了这个情况。但是我们这个BMS是有等注的。这就是我们可以超越GM的原因,可以实现电池的实时在线参数的估算,即使对有新旧电池混合,可以说是电池都是新的,现在电池都是新的,用了两年之后你的电池都不可能是崭新,它的一致性肯定会变,无论用什么方法。

 

前面专家讲的,他们的方法怎么样筛选,让电池尽量一致,那是新电池,电池老了之后谁也无法估算,谁也不敢保证它的一致性还是一模一样的。当这个一致性有差的时候尤其是铁塔公司他讲的是回收梯次利用,当梯次利用的时候,这个电芯的一致性更差了,当这个一致性很差的时候怎么样估算PACK的OSC,目前为止只有含汉腾可以做到,美国的做不到,德国的也做不到,没有接触过日本的BMS不敢评论,就不谈了,我们可以超越美国、德国。韩国是比较差的,我们就不谈了。

 

韩国做电池不错,但是做BMS比较垃圾。通过超强的实时在线纠错能力,保证这个估算精度在这个电池整个生命周期内,不损工况变化,不损这个电池老化变化,这几个变化去年科学部有一个重点攻关项目,就是想实现这一个事情,什么大数据、云计算说实话全都不靠谱呢,假设你有云计算、大数据你告诉我你怎么算,还是讲不出来,说明你还是不知道。这个成本相对僵硬10%以上,重量减轻10-15%,充电。

 

很多人说这个充电给你单体电晶,他说我可以充4.2AH,但是成熟之后只可以充4.0AH,你说为什么了,为了安全起见。什么为了安全起见,难道充了4.2AH不安全了,难道说你给了我的安时冲量是不安全的安时容量,显然不能这样说。只不过你控制不住这个电池,不敢用。

 

这是我刚刚所说的,GM做不到的一个事情,这是我刚刚给的这个曲线。这个黄颜色是两秒钟的放电功率,绿颜色和蓝颜色分别是10秒和30秒放电功率,如果我们有能够精确估算出这个PACK放电功率,我们可以看到不低低于60%、40%。这个点电压太低了,如果我们可以提前预测到这个功率的话,是不会到2.64AH,这样我们可以通过SOP,可以GM等等,通过这个提前预测力量来保护预测,而不是通过这个SOC查表,只有通过这些实时在线的估算,精确把这个SOP估出来,才可以保证这个电池绝对安全,这是为什么GM现在没有一辆车失火,有一些院士,我估计大家到网上可以看到,说三元电池不靠谱,三元电池安全性很差。可是世界上有两辆车,没有在行驶的过程中失火,一辆是日本凌峰,20多万辆的销量,也是大概从2011年初开始卖,到现在已经有八年多的时间。另外一辆就是GM,这辆车也是从2011恩年底开始卖,到现在也是八年的时间。这个车买了十几万辆,已经行驶了累计了超过40亿公里没有出过事,这也就是说明三元电池就不安全的?三元电池是可以做到安全的,已经有两个例子可以证明他是做到安全,之所以起火是因为你做不到,你做不到就不能说这个东西就不安全。只能说明你水平太差。

 

BMS可以高精度、高鲁棒性。保证估算精度,不随温度以及电池的老化而老化。BMS有独特动态均衡技术,可以让这个电池寿命,有两三年提高两三倍以上,PACK的寿命接近单个的寿命。我们这个符合ISO26262功能安全标准,系统稳定、安全、可靠。

 

谢谢大家。

 

以上内容据峰会现场速记整理,未经嘉宾本人审阅。

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