深度分析SOC精度驗(yàn)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(guó)標(biāo)QC/T897-2011《電動(dòng)汽車(chē)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(cè)試。這可以從其總共13頁(yè)的的文件中有長(zhǎng)達(dá)6頁(yè)是與SOC精度有關(guān)的中可以看出。國(guó)標(biāo)對(duì)SOC估算精度的要求是誤差要不大于10%。不過(guò)，國(guó)標(biāo)給出的驗(yàn)證方法存在以下問(wèn)題：

　　1、國(guó)標(biāo)只要求測(cè)試2個(gè)點(diǎn)的SOC精度

　　國(guó)標(biāo)中提出，只要在SOC大于80%和小于30%的區(qū)域各找一個(gè)點(diǎn)測(cè)試。我認(rèn)為這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。難道2個(gè)點(diǎn)精確就能夠保證所有工作點(diǎn)都滿足要求了，顯然不是。

　　我在為美國(guó)BIG3寫(xiě)驗(yàn)證方法設(shè)計(jì)驗(yàn)證計(jì)劃和報(bào)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(yàn)證，即使是對(duì)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?yàn)樵谝馔馇闆r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(nèi)了，也不容許失控。

　　記得在做沃藍(lán)達(dá)BMS仿真驗(yàn)證時(shí)，對(duì)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(guó)標(biāo)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?yàn)閷?shí)際工況的電流看起來(lái)像是噪聲，不可能是直線，所以這些工況不夠“典型”。

　　其次，國(guó)標(biāo)給的時(shí)間最長(zhǎng)的兩個(gè)工況，一個(gè)是80秒，一個(gè)是90秒。國(guó)標(biāo)說(shuō)，任意選一個(gè)工況，連續(xù)循環(huán)10次，來(lái)檢查SOC。連續(xù)循環(huán)10次有多長(zhǎng)?最長(zhǎng)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(shè)電流傳感器在工況測(cè)試過(guò)程中壞了，測(cè)量永遠(yuǎn)都是零，BMS都可以通過(guò)國(guó)標(biāo)SOC的精度要求。因?yàn)槟闼愠鰜?lái)的SOC不變。雖然不對(duì)，但是誤差肯定小于10%。所以國(guó)標(biāo)給的工況來(lái)驗(yàn)證SOC精度，完全沒(méi)有意義。

　　在通用汽車(chē)(GM)做沃藍(lán)達(dá)的時(shí)候，我們選擇用于驗(yàn)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(jì)算出的SOC和實(shí)時(shí)在線估算的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(dāng)?shù)姆糯笠阅M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(dāng)時(shí)給了供應(yīng)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(dāng)限流(US06工況試驗(yàn)是考察測(cè)試樣車(chē)在高速度、高加速度情況下的排放情況)。當(dāng)時(shí)，世界上沒(méi)有一個(gè)BMS供應(yīng)商能夠在精度方面能夠達(dá)到克萊斯勒的要求。后來(lái)，有人告訴我，有人在美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)(SAE)報(bào)告，US06x1.8可以包含95%以上最激烈(aggressive)的工況。后來(lái)，我在國(guó)內(nèi)一家公司工作時(shí)，這家公司的德國(guó)分公司的BMS軟件主管特意從德國(guó)來(lái)浙江問(wèn)我，我的SOC算法對(duì)于大電流和小電流是不是一樣的。

　　可見(jiàn)，大電流的SOC在線估算的確不容易。國(guó)標(biāo)也應(yīng)該參照克萊斯勒的模式。在沒(méi)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(yàn)證方法

　　國(guó)標(biāo)說(shuō)工況實(shí)驗(yàn)做完以后“靜置10分鐘”，然后放電到0。最后計(jì)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?yàn)樵谶@10分鐘里，如果說(shuō)有被測(cè)量的量在變，那就是端電壓?？墒?，電壓在這個(gè)驗(yàn)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(duì)磷酸鐵鋰電池，這反映出國(guó)標(biāo)似乎有點(diǎn)不知所措。

　　其次，對(duì)于精度驗(yàn)證方法，國(guó)標(biāo)要求要把電量全部放光來(lái)驗(yàn)證，這當(dāng)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?yàn)樵诼飞喜豢赡馨央姺殴?。所以，在路上開(kāi)車(chē)，是無(wú)法知道誤差是有多大的，因?yàn)槟悴桓以诼飞习央姺殴鈦?lái)檢查SOC的精度。

　　目前，國(guó)內(nèi)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(guó)標(biāo)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(guó)標(biāo)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(yù)測(cè)(SOP)和健康狀態(tài)(SOH)。國(guó)標(biāo)沒(méi)有提也許是因?yàn)閲?guó)內(nèi)目前還很好解決方法。最近看到一些專(zhuān)家在提用大數(shù)據(jù)的方法來(lái)解決SOH。其實(shí)，我們?cè)谖炙{(lán)達(dá)上就可以做到實(shí)時(shí)在線估算了。那時(shí)候大數(shù)據(jù)這個(gè)時(shí)髦的詞還沒(méi)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(gè)作用，第一個(gè)限制功率，保護(hù)電池。使電池永遠(yuǎn)工作在給定的工作區(qū)間。所以保護(hù)電池不是靠所謂的一級(jí)防護(hù)、二級(jí)防護(hù)。而是靠SOP。防護(hù)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(guó)產(chǎn)的車(chē)，BMS為了保護(hù)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(hù)了電池，可是犧牲了10千瓦，這10千瓦對(duì)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(dāng)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(dāng)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(guó)外的混合動(dòng)力油耗低，除了可以選擇專(zhuān)用發(fā)動(dòng)機(jī)以外，還可以選擇容量更小的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)達(dá)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(cuò)。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(xiàn)在是到了修改國(guó)標(biāo)的時(shí)候了。如果繼續(xù)靠這樣的國(guó)標(biāo)，我們的BMS水平，沒(méi)有辦法提高。生產(chǎn)的車(chē)再多，國(guó)家給的補(bǔ)貼再多，那也只是低水平的重復(fù)。大家現(xiàn)在做BMS做都做不贏，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(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這樣下去，彎道超車(chē)永遠(yuǎn)都只是一個(gè)夢(mèng)。