深度分析SOC精度驗證方法

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

1、國標(biāo)只要求測試2個點的SOC精度

國標(biāo)中提出，只要在SOC大于80%和小于30%的區(qū)域各找一個點測試。我認(rèn)為這是遠遠不夠的。難道2個點精確就能夠保證所有工作點都滿足要求了，顯然不是。

我在為美國BIG3寫驗證方法設(shè)計驗證計劃和報告(Design Verification PlanReport，簡稱：DVPR)時，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力汽車(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。萬一SOC不在工作范圍內(nèi)了，也不容許失控。

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

2、工況的選擇

國標(biāo)給出了4個工況，并稱其為“典型”充放電工況，這幾個工況如下圖所示：

顯然，這幾個工況沒有一個接近實際工況。因為實際工況的電流看起來像是噪聲，不可能是直線，所以這些工況不夠“典型”。

其次，國標(biāo)給的時間最長的兩個工況，一個是80秒，一個是90秒。國標(biāo)說，任意選一個工況，連續(xù)循環(huán)10次，來檢查SOC。連續(xù)循環(huán)10次有多長?最長的一個工況只有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%，這說明什么問題?假設(shè)電流傳感器在工況測試過程中壞了，測量永遠都是零，BMS都可以通過國標(biāo)SOC的精度要求。因為你算出來的SOC不變。雖然不對，但是誤差肯定小于10%。所以國標(biāo)給的工況來驗證SOC精度，完全沒有意義。

在通用汽車(GM)做沃藍達的時候，我們選擇用于驗證的工況都是實際采集的工況。尤其是那些安時積分計算出的SOC和實時在線估算的SOC有明顯不同的工況。在克萊斯勒，由于樣車都還沒有，就談不上實際工況。我們是拿其他車的工況進行適當(dāng)?shù)姆糯笠阅M最差情況。

也許，有人會說，這不是某個特定車的工況，不符合實際。但是，一個算法，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(dāng)時給了供應(yīng)商5個工況，3個典型工況，2個放大了的工況。比如，將US06工況的功率乘以1.8并加以適當(dāng)限流(US06工況試驗是考察測試樣車在高速度、高加速度情況下的排放情況)。當(dāng)時，世界上沒有一個BMS供應(yīng)商能夠在精度方面能夠達到克萊斯勒的要求。后來，有人告訴我，有人在美國汽車工程師學(xué)會(SAE)報告，US06x1.8可以包含95%以上最激烈(aggressive)的工況。后來，我在國內(nèi)一家公司工作時，這家公司的德國分公司的BMS軟件主管特意從德國來浙江問我，我的SOC算法對于大電流和小電流是不是一樣的。

可見，大電流的SOC在線估算的確不容易。國標(biāo)也應(yīng)該參照克萊斯勒的模式。在沒有足夠工況的情況下，適當(dāng)放大典型工況。當(dāng)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(biāo)說工況實驗做完以后“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?在我看來沒有意義。因為在這10分鐘里，如果說有被測量的量在變，那就是端電壓?？墒?，電壓在這個驗證方法里，壓根就不用。如果想得到電池的真正的開路電壓(OCV)，10分鐘的靜置時間好像又太短了。尤其是對磷酸鐵鋰電池，這反映出國標(biāo)似乎有點不知所措。

其次，對于精度驗證方法，國標(biāo)要求要把電量全部放光來驗證，這當(dāng)然是一個方法，但是這個方法沒有任何實際意義，因為在路上不可能把電放光。所以，在路上開車，是無法知道誤差是有多大的，因為你不敢在路上把電放光來檢查SOC的精度。

目前，國內(nèi)幾乎所有的SOC都是用安時積分法。安時積分法需要知道SOC的起點。這個起點一般是通過開路電壓(OCV)得到。然而，國標(biāo)從頭到尾都沒有提及OCV以及它與SOC的關(guān)系。這個關(guān)系是整個BMS關(guān)系中最最重要的關(guān)系。國標(biāo)怎么會壓根就不提呢?

作為BMS的核心，除了SOC以外，還有最大充放電功率預(yù)測(SOP)和健康狀態(tài)(SOH)。國標(biāo)沒有提也許是因為國內(nèi)目前還很好解決方法。最近看到一些專家在提用大數(shù)據(jù)的方法來解決SOH。其實，我們在沃藍達上就可以做到實時在線估算了。那時候大數(shù)據(jù)這個時髦的詞還沒有發(fā)明呢。大數(shù)據(jù)好是好，但不一定放在哪里都好用。

為什么需要用SOP?SOP有兩個作用，第一個限制功率，保護電池。使電池永遠工作在給定的工作區(qū)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，充分發(fā)揮電池的潛力，比方說很多國產(chǎn)的車，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10千瓦對于你的動力性能來說可能就是很重要的。

充電也是一樣，假如說當(dāng)你剎車的時候，能量回收的時候，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(dāng)電池老化或者低溫以及輸出功率有限的混合動力的情況下，SOP就顯得特別重要。為什么國外的混合動力油耗低，除了可以選擇專用發(fā)動機以外，還可以選擇容量更小的發(fā)動機來達到同樣的動力性能。這其中就有SOP的功勞。我們有些專家和院士常常提到要發(fā)展混合動力包括增程式。這些提法都沒錯。但是，沒有過硬的核心技術(shù)，即使是世界產(chǎn)量第一，也沒有人在意。只能是自娛自樂。