BMS的真正核心技术——高精度和高鲁棒性算法

作者： EVISION 来源：EV芯视野

▶源作者观点：BMS状态估算技术是关键，高精度和高鲁棒性才是真正核心技术！

算法才是BMS的核心技术

BMS系统通常包括检测模块与运算控制模块。

▶ 检测模块是指测量电芯的电压、电流和温度以及电池组的电压，然后将这些信号传给运算模块进行处理发出指令；

▶ 运算控制模块是BMS的大脑。控制模块一般包括硬件、基础软件、运行时环境（RTE）和应用软件，其中最核心部分是应用软件。对于用Simulink 开发的环境的一般分为两部分：电池状态的估算算法、故障诊断以及保护。

状态估算包括SOC（State Of Charge）、SOP（State Of Power）、SOH(State of Health）、均衡和热管理，电池状态估算通常也就是估算SOC、SOP和SOH。

▶ SOC （荷电状态）简单的说就是电池还剩下多少电。

SOC 是BMS最重要的参数，因为其他一切都是以SOC为基础的，所以它的精度和鲁棒性（也叫纠错能力）极其重要。如果没有精确的SOC，加再多的保护功能也无法使BMS正常工作。因为电池会经常处于被保护状态，更无法延长电池的寿命。

精度越高，对于相同容量的电池，可以有更高的续航里程。所以，高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的电池成本精确的SOC估算还可以提高续航里程。

▶ SOP是下一时刻比如下一个2秒、10秒、30秒以及持续的大电流的时候电池能够提供的最大放电和被充电的功率。

SOP的精确估算可以最大限度地提高电池的利用效率。比如：刹车时可以尽量多的吸收回馈的能量而不伤害电池；加速时可以提供更大的功率获得更大的加速度而不伤害电池；同时也可以保证车在行驶过程中不会因为欠压或者过流保护而失去动力，即使在SOC很低的时候。

这么一来，所谓的一级保护二级保护在精确的SOP面前都是过眼云烟；不是说保护不重要，保护永远都是需要的，但是它不可能是BMS的核心技术。

▶ SOH 是指电池的健康状态，它包括两部分：安时容量和功率的变化。

一般认为：当安时容量衰减20%或者输出功率衰减25%时，电池的寿命就到了。但是，这并不是说车就不能开了。

对于纯电动车EV，安时容量的估算更重要是因为它与续航里程有直接关系，而功率限制只是在低SOC的时候才重要。

对于HEV或者PHEV，功率变化更为重要，这是因为电池安时容量比较小，可以提供的功率有限。

不难看出，算法才是BMS的核心，其他的都是为这个算法服务的。 所以当有人声称突破了或者掌握了BMS的核心技术，应该问问他到底做了BMS的什么？是算法还是主动均衡或者只做BMS的硬件和底层软件？或者只是提出一种BMS的结构方式如积木方式？

怎样的算法才算核心技术

从控制角度而言，一个好的算法应该有2个标准：准确性和鲁棒性（纠错能力）。精度越高越好的道理在这里就不多说了。

几乎所有国内的BMS算法都是“电流积分加开路电压”，实际上是用开路电压纠错，但这种方法与在线实时纠错相比，显然前者的鲁棒性差远了。这是为什么国外大公司都在用在线实时估算开路电压来实现在线实时纠错的原因。

目前世界上做得最好的BMS有什么特点呢？它可以在线实时估算电池组的电池参数从而精确估算出电池组的SOC、SOP、SOH，并且能够在短时间内纠正初始SOC超过10%的误差以及超过20%的安时容量的误差或者百分之几的电流测量误差。

美国通用汽车公司在研发沃蓝达时就做过一项实验来测试算法的鲁棒性：将3串并联在一起的电池组拿掉一串，这时内阻增加1/3、安时容量减小1/3。但是BMS并不知道。结果是SOC、SOP 在不到1分钟就全部纠正，SOH随后也被精确地估算出来。这不仅说明算法的强大纠错能力，而且说明算法在电池的整个生命周期中始终保持估算精度不变。

做一个好的算法需要化极大精力去解决那些发生概率只有千分之一、万分之一的情况。只有这样才能保证万无一失。比如说当汽车高速行驶在盘山公路上，大家所知道的电池模型都会失效。这是因为持续的大电流会很快消耗掉电极表面的带电离子，而内部的离子来不及扩散出来，电池电压会急剧下降，估算出的SOC会有较大的误差甚至会有10% 以上。精确的数学模型——数学物理方法教科书上讲的扩散方程，但它无法用在车上，因为数值解的运算量太大，而BMS的CPU运算能力不够；这不仅是一个工程难题，也是一个数学和物理的难题。解决这样的技术难题，可以化解已知的几乎所有影响电池状态估算的极化问题。

结 语

BMS状态估算技术是BMS的核心，高精度和高鲁棒性的BMS算法才是真正核心技术！

如果电脑出现蓝屏，我们一般只需要重新启动电脑就行了。但是对于汽车，哪怕只有万分之一的抛锚概率也是难以容忍的，汽车电子需要保证在任何情况下都能工作。

来源：EV芯视野