深度分析SOC精度驗證方法

　　大家都知道電池管理系統(BMS)的核心是上層應用算法，算法的核心是SOC估算。所以，國標QC/T897-2011《電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統技術(shù)條件》自然要著(zhù)重描述荷電狀態(tài)(SOC)的精度測試。這可以從其總共13頁(yè)的的文件中有長(cháng)達6頁(yè)是與SOC精度有關(guān)的中可以看出。國標對SOC估算精度的要求是誤差要不大于10%。不過(guò)，國標給出的驗證方法存在以下問(wèn)題：

　　1、國標只要求測試2個(gè)點(diǎn)的SOC精度

　　國標中提出，只要在SOC大于80%和小于30%的區域各找一個(gè)點(diǎn)測試。我認為這是遠遠不夠的。難道2個(gè)點(diǎn)精確就能夠保證所有工作點(diǎn)都滿(mǎn)足要求了，顯然不是。

　　我在為美國B(niǎo)IG3寫(xiě)驗證方法設計驗證計劃和報告(Design Verification Plan&Report，簡(jiǎn)稱(chēng)：DVP&R)時(shí)，要求SOC從100%到截止電壓(SOC大約只有1-3%)都要驗證，即使是對于SOC 工作范圍比較窄的混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV)也不例外。這是因為在意外情況下，SOC是有可能偏出正常工作范圍。萬(wàn)一SOC不在工作范圍內了，也不容許失控。

　　記得在做沃藍達BMS仿真驗證時(shí)，對于每個(gè)點(diǎn)都要做SOC的反向推算，找出從頭到尾哪一個(gè)點(diǎn)(所有誤差超過(guò)2.5%的點(diǎn))的SOC誤差最大，并且要分析為什么這個(gè)點(diǎn)的SOC比較大。

　　2、工況的選擇

　　國標給出了4個(gè)工況，并稱(chēng)其為“典型”充放電工況，這幾個(gè)工況如下圖所示：

　　顯然，這幾個(gè)工況沒(méi)有一個(gè)接近實(shí)際工況。因為實(shí)際工況的電流看起來(lái)像是噪聲，不可能是直線(xiàn)，所以這些工況不夠“典型”。

　　其次，國標給的時(shí)間最長(cháng)的兩個(gè)工況，一個(gè)是80秒，一個(gè)是90秒。國標說(shuō)，任意選一個(gè)工況，連續循環(huán)10次，來(lái)檢查SOC。連續循環(huán)10次有多長(cháng)?最長(cháng)的一個(gè)工況只有90秒，循環(huán)10次是900秒，也只有15分鐘。而在這15分鐘SOC只變化了不到10%，這說(shuō)明什么問(wèn)題?假設電流傳感器在工況測試過(guò)程中壞了，測量永遠都是零，BMS都可以通過(guò)國標SOC的精度要求。因為你算出來(lái)的SOC不變。雖然不對，但是誤差肯定小于10%。所以國標給的工況來(lái)驗證SOC精度，完全沒(méi)有意義。

　　在通用汽車(chē)(GM)做沃藍達的時(shí)候，我們選擇用于驗證的工況都是實(shí)際采集的工況。尤其是那些安時(shí)積分計算出的SOC和實(shí)時(shí)在線(xiàn)估算的SOC有明顯不同的工況。在克萊斯勒，由于樣車(chē)都還沒(méi)有，就談不上實(shí)際工況。我們是拿其他車(chē)的工況進(jìn)行適當的放大以模擬最差情況。

　　也許，有人會(huì )說(shuō)，這不是某個(gè)特定車(chē)的工況，不符合實(shí)際。但是，一個(gè)算法，要能夠在任何情況下都能夠正常工作，在任何理論上存在的工況下，也必須能夠正常工作。

　　我當時(shí)給了供應商5個(gè)工況，3個(gè)典型工況，2個(gè)放大了的工況。比如，將US06工況的功率乘以1.8并加以適當限流(US06工況試驗是考察測試樣車(chē)在高速度、高加速度情況下的排放情況)。當時(shí)，世界上沒(méi)有一個(gè)BMS供應商能夠在精度方面能夠達到克萊斯勒的要求。后來(lái)，有人告訴我，有人在美國汽車(chē)工程師學(xué)會(huì )(SAE)報告，US06x1.8可以包含95%以上最激烈(aggressive)的工況。后來(lái)，我在國內一家公司工作時(shí)，這家公司的德國分公司的BMS軟件主管特意從德國來(lái)浙江問(wèn)我，我的SOC算法對于大電流和小電流是不是一樣的。

　　可見(jiàn)，大電流的SOC在線(xiàn)估算的確不容易。國標也應該參照克萊斯勒的模式。在沒(méi)有足夠工況的情況下，適當放大典型工況。當然，不一定要像我一樣要用那樣激烈的工況。

　　3、SOC精度的驗證方法

　　國標說(shuō)工況實(shí)驗做完以后“靜置10分鐘”，然后放電到0。最后計算SOC真值。靜置10分鐘的目的是什么?在我看來(lái)沒(méi)有意義。因為在這10分鐘里，如果說(shuō)有被測量的量在變，那就是端電壓?？墒?，電壓在這個(gè)驗證方法里，壓根就不用。如果想得到電池的真正的開(kāi)路電壓(OCV)，10分鐘的靜置時(shí)間好像又太短了。尤其是對磷酸鐵鋰電池，這反映出國標似乎有點(diǎn)不知所措。

　　其次，對于精度驗證方法，國標要求要把電量全部放光來(lái)驗證，這當然是一個(gè)方法，但是這個(gè)方法沒(méi)有任何實(shí)際意義，因為在路上不可能把電放光。所以，在路上開(kāi)車(chē)，是無(wú)法知道誤差是有多大的，因為你不敢在路上把電放光來(lái)檢查SOC的精度。

　　目前，國內幾乎所有的SOC都是用安時(shí)積分法。安時(shí)積分法需要知道SOC的起點(diǎn)。這個(gè)起點(diǎn)一般是通過(guò)開(kāi)路電壓(OCV)得到。然而，國標從頭到尾都沒(méi)有提及OCV以及它與SOC的關(guān)系。這個(gè)關(guān)系是整個(gè)BMS關(guān)系中最最重要的關(guān)系。國標怎么會(huì )壓根就不提呢?

　　作為BMS的核心，除了SOC以外，還有最大充放電功率預測(SOP)和健康狀態(tài)(SOH)。國標沒(méi)有提也許是因為國內目前還很好解決方法。最近看到一些專(zhuān)家在提用大數據的方法來(lái)解決SOH。其實(shí)，我們在沃藍達上就可以做到實(shí)時(shí)在線(xiàn)估算了。那時(shí)候大數據這個(gè)時(shí)髦的詞還沒(méi)有發(fā)明呢。大數據好是好，但不一定放在哪里都好用。

　　為什么需要用SOP?SOP有兩個(gè)作用，第一個(gè)限制功率，保護電池。使電池永遠工作在給定的工作區間。所以保護電池不是靠所謂的一級防護、二級防護。而是靠SOP。防護是必不可少的。但是，在正常情況下是備而不用的。第二個(gè)，充分發(fā)揮電池的潛力，比方說(shuō)很多國產(chǎn)的車(chē)，BMS為了保護電池，明明電池可以輸出50千瓦，你只讓它輸出40千瓦，是保護了電池，可是犧牲了10千瓦，這10千瓦對于你的動(dòng)力性能來(lái)說(shuō)可能就是很重要的。

　　充電也是一樣，假如說(shuō)當你剎車(chē)的時(shí)候，能量回收的時(shí)候，它可以吸收50千瓦的功率，你只讓吸收40千瓦的功率，你的效率就要降低，所以精確的SOP也是很重要的。尤其是當電池老化或者低溫以及輸出功率有限的混合動(dòng)力的情況下，SOP就顯得特別重要。為什么國外的混合動(dòng)力油耗低，除了可以選擇專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機以外，還可以選擇容量更小的發(fā)動(dòng)機來(lái)達到同樣的動(dòng)力性能。這其中就有SOP的功勞。我們有些專(zhuān)家和院士常常提到要發(fā)展混合動(dòng)力包括增程式。這些提法都沒(méi)錯。但是，沒(méi)有過(guò)硬的核心技術(shù)，即使是世界產(chǎn)量第一，也沒(méi)有人在意。只能是自?shī)首詷?lè )。

　　現在是到了修改國標的時(shí)候了。如果繼續靠這樣的國標，我們的BMS水平，沒(méi)有辦法提高。生產(chǎn)的車(chē)再多，國家給的補貼再多，那也只是低水平的重復。大家現在做BMS做都做不贏(yíng)，做一個(gè)賣(mài)一個(gè)，根本不需要提高水平，而且都可以自豪地說(shuō)我們的BMS的SOC精度完全可以達到國際標準。這樣下去，彎道超車(chē)永遠都只是一個(gè)夢(mèng)。