鉅大LARGE | 點擊量：1298次 | 2021年04月16日
新能源汽車動力的核心技術是什么 你了解嗎？
對大多數公司來說管理好現有的成熟的電池技術才是最重要的。因此有了我國電動汽車要彎道超車BMS（電池管理系統）必須攻克的觀點。近來網上各種有關BMS技術突破的新聞不斷出現。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供應BMS核心技術。在這里，根據我自己在美國三大汽車公司做BMS的相關經驗和大家聊聊。
什么是BMS的核心技術？
在北美，BMS系統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、運行時環境（RTE）和應用軟件。其中最核心的部分應用軟件關于用SimulinkXSS開發的環境的一般分為兩部分：電池狀態的估算算法和故障診斷以及保護。狀態估算包括SOC（StateOfCharge）、SOP（StateOfPower）、SOH(StateofHealth）以及均衡和熱管理。
電池狀態估算通常也就是估算SOC、SOP和SOH。SOC（荷電狀態）簡單地說就是電池還剩下多少電；SOC是BMS中最重要的參數，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。假如沒有精確的SOC，加再多的保護功能也無法使BMS正常工作，因為電池會經常處于被保護狀態，更無法延長電池的壽命。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
精確的SOC估算還可以提高車的續航里程比如克萊斯勒的Fiat500eEV，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秒以及持續的大電流的時候電池能夠供應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地吸收回饋的能量而不傷害電池。在加速時可以供應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。我不是說保護不重要。保護永遠都是要的。但是它不是BMS的核心技術。
再說說SOH。SOH是指電池的健康狀態。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。關于純電動汽車EV來說安時容量的估算更重要一些因為它與續航里程有直接關系而功率限制只是在低SOC的時候才重要。關于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，可以供應的功率有限。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的結構方式如積木方式？
有人說特斯拉之所以牛，是因為它的BMS可以管理7104節電池。這是它牛的地方嗎？它真的是管理7104節電池嗎？特斯拉modelS確實用了7104節電池，但是串聯在一起的只有96節，并聯的只能算一節電池不管你并聯多少節。為何？因為其他公司的電池組也是只計算串聯的個數而不是并聯的個數。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。再比如某公司靠其所謂的核心技術--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%續航里程20%。這一看就不靠譜。為何？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？和沒有均衡的比嗎？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，至少還可以的都沒有均衡問題。你怎么延長壽命30%呀？延長續航里程也是相同的道理。
比如Fiat500e，它的SOC一直放到5%。請問你還怎么延長20%的續航里程呀？再進一步說，主動均衡的算法難嗎？不就是同模組的電池相互均衡和不同模組之間的電池相互均衡。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上說的是主動均衡功能一直以來是國外產品的殺手锏。真是語不驚人死不休。國外為何基本上不用主動均衡呢？重要是考慮到成本問題。假如被動均衡就能夠輕易搞定，為何要用主動均衡呢？國內為何極力鼓吹主動均衡呢？我認為重要是被動均衡搞不定。說起被動均衡，絕大多數人告訴我說是因為國內電池質量太差一致性不好。但是通過交談我發現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。不能完全責怪一致性不好。我做過的有兩款PHEV的車，開了才幾個月電池組內的SOC相差高達45%。而且由于SOC、SOP的問題，車在路上經常拋錨。公司一致認為是電池質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%。現在車已經行駛了十幾萬公里了。拋錨的問題再也沒有發生過。
怎么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。這是為何國外大公司都在用在線實時估算開路電壓來實現在線實時糾錯的原因。不是說你自己能夠生產BMS就是掌握核心技術，假如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？
國內一些人往往不了解別人的算法是什么，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的優劣也根本不管各個BMS算法或者說核心技術的差別。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供應BMS就認為牛，也不了解到底供應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從而精確估算出電池組的SOC、SOP、SOH。并且能夠在短時間內糾正初始SOC超過10%的誤差以及超過20%的安時容量的誤差。美國通用汽車公司在6年前研發沃藍達時就做過一個實驗來測試算法的魯棒性：將3串并聯在一起的電池組拿掉一串，這時內阻新增1/3、安時容量減小1/3。但是BMS并不了解。結果是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。
關于電腦而言，假如出現藍屏，我們一般只要重新啟動電腦就行了。可是，關于汽車，哪怕拋錨的概率只有萬分之一也是難以容忍的。所以，與發表文章不同，汽車電子要保證在任何情況下都能工作。做一個好的算法要花極大精力去解決那些發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。
掌握這樣的技術，我認為才是掌握了核心技術。目前世界上沒有一家供應商能夠做到這個水平盡管已經過去了6年。就連現在紅的發紫的特斯拉也無法企及。這樣的算法才是殺手锏！沒有這樣的技術怎么彎道超車？
新能源汽車特點：
混合動力汽車
優點：
1、采用混合動力后可按平均需用的功率來確定內燃機的最大功率，發動機相對較小（downsize），此時處于油耗低、污染少的最優工況下工作。由于內燃機可持續工作，電池又可以不斷得到充電，故其行程和普通汽車相同。
2、因為有了電池，可以十分方便地回收下坡時的動能。
3、在繁華市區，可關停內燃機，由電池單獨驅動，實現零排放。
4、有了內燃機可以十分方便地解決耗能大的空調、取暖、除霜等純電動汽車遇到的難題。
5、可以利用現有的加油站加油，不必再投資。
6、可讓電池保持在良好的工作狀態，不發生過充、過放，延長其使用壽命，降低成本。
7、整車由于多個動力源，可同時工作，整車的動力性優良。
缺點：系統結構相對復雜；長距離高速行駛省油效果不明顯。
純電動汽車
優點：技術相對簡單成熟，只要有電力供應的地方都能夠充電。
缺點：蓄電池單位重量儲存的能量太少，還因電動汽車的電池較貴，又沒形成經濟規模，故購買價格較貴；至于使用成本，有些試用結果比汽車貴，有些結果僅為汽車的1/7~1/3，這重要取決于電池的壽命及當地的油、電價格。
燃料動力電池汽車
與傳統汽車相比，燃料動力電池汽車具有以下優點：
1、零排放或近似零排放。
2、減少了機油泄露帶來的水污染。
3、降低了溫室氣體的排放。
4、燃油電池的轉化效率高（60%左右），整車燃油經濟性良好。
5、運行平穩、無噪聲。
缺點：燃料動力電池成本高昂，同時使用成本（氫）也昂貴。
氫動力汽車
優點：排放物是純水，行駛時不出現任何污染物。
缺點：氫燃料成本過高，而且氫燃料的存儲和運輸按照技術條件來說非常困難，因為氫分子非常小，極易透過儲藏裝置的外殼逃逸。另外最致命的問題，氫氣的提取要通過電解水或者利用天然氣，如此一來同樣要消耗大量能源，除非使用核電來提取，否則無法從根本上降低二氧化碳排放。
超級電容汽車
優點：充電時間短、功率密度大、容量大、使用壽命長、免維護、經濟環保等，
缺點：能量密度低，很難滿足整車需求，故一般作為輔助蓄能器；功率輸出隨著行駛里程加長而衰減等。
