新闻资讯述电池管理系统(BMS)的核心技术究竟是什么?

　　电池管理系统(BMS)的核心技术究竟是什么?

　　BMS是锂电池的核心配件，特别是储能系统、电动车等需要应用到大型电池组合的产品，它的重要性更加是毋庸置疑。

　　市面上很多BMS的制造商，都宣称有自己所谓的核心技术，一些新名词不断涌现，让研发工程师头疼不已。那么什么才是真正的BMS的核心技术。

　　A：我们必须明确BMS系统通常包括检测模块与运算控制模块。

　　检测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。所以运算控制模块是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。其中最核心的部分——应用软件。

　　软件的功能一般分为两部分：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(Stateof Health)以及均衡和热管理。电池状态估算通常是估算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中最重要的参数，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。

　　此外，SOC的估算精度也是十分重要的。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。比如克莱斯勒的菲亚特500e BEV，可以一直放电 SOC=5%。成为当时续航里程最长的电动车。

　　SOP的精确估算可以最大限度地提高电池的利用效率。比如在刹车时可以尽量多的吸收回馈的能量而不伤害电池。在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，即使是在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面前都是附带品。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。

　　对于低温、旧电池以及很低的SOC来说，精确的SOP估算尤其重要。例如对于一组均衡很好的电池包，在比较高的SOC时，彼此间SOC可能相差很小，比如1-2%。但当SOC很低时，会出现某个电芯电压急速下降的情况。这个电芯的电压甚至比其他电池电压低1V多的情况。要保证每一个电芯电压始终不低于电池供应商给出的最低电压，SOP必须精确地估算出下一时刻这个电压急速下降的电芯的最大的输出功率以限制电池的使用从而保护电池。

　　估算SOP的核心是实时在线估算电池的每一个等效阻抗。

　　SOH 是指电池的健康状态。它包括两部分：容量和功率的变化。一般认为：当容量衰减20%或者输出功率衰减25%时，电池的寿命就到了。但是，这并不是说电池就不能继续使用了。

　　对于纯电动车EV来说容量的估算更重要一些，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SOH的要求也是既要高精度也要纠错能力。而且没有纠错能力的SOH是没有意义的。精度低于20%，也没有意义。

　　SOH的估算也是基于SOC的估算。所以SOC的算法是算法的核心。

　　电池状态估算算法是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?

　　有人说特斯拉之所以厉害，是因为它的BMS可以管理7104节电池。这是它厉害的地方吗?它真的是管理7104节电池吗?

　　特斯拉model S确实用了7104节电池，但是串联在一起的只有96节，并联的只能算一节电池，不管你并联多少节。为什么?因为其他公司的电池组也是只计算串联的个数而不是并联的个数。

　　特斯拉凭什么要特殊呢?事实上，如果你了解特斯拉的算法，你就会知道特斯拉的算法不仅需要大量的工况数据定标，而且还不能保证在任何情况下尤其是在电池老化以后的估算精度。

　　当然，特斯拉的算法已经算是世纪顶级的了。普通的BMS算法几乎都是电流积分加开路电压的方法用开路电压计算初始SOC，然后用电流积分计算SOC的变化。问题是如果启始点的电压错了，或者容量不准，岂不是要一错到底，直到再次充满才能纠正?

　　启始点的电压错会出错吗?经验告诉我们，会的，尽管概率很低。如果要保证万无一失，就不能只靠精确的启始点的电压来保证启始SOC的正确。

　　B：怎样的算法才算好的算法?

　　从控制的角度来说，一个好的算法应该有2个标准：准确性和纠错能力。精度越高越好的道理是最浅显的。真正做算法做的好的，都在用在线实时估算开路电压来实现在线实时纠错。

　　为什么在这里要强调实时在线估算?它的好处在哪里?通过实时在线估算估算出电池的所有等效参数，从而精确地估算出电池组的状态。实时在线估算极大的简化了电池的标定工作。使得对一致性不太好电池组状态的精确控制成为现实。实时在线估算使得无论是新电池还是老化后的电池，都能保持高精度(Accuracy)和超强的纠错能力(Robustness or errorcorrection capability)。

　　一些人往往不知道别人的算法是什么，一看某个厂家为某名厂生产BMS的某些零部件就认为掌握了BMS核心技术，这样说法是欠妥的。

　　C：目前世界上BMS做得最好的应该有什么特点呢?

　　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6年前研发沃蓝达时就做过一个实验来测试算法的纠错能力：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的纠错能力，而且说明算法可以在电池的整个生命周期中始终保持估算精度不变。

　　对于电脑而言，如果出现蓝屏，我们一般只需要重新启动电脑就算了。可是，对于汽车，那怕抛锚的概率只有万分之一也是难以容忍的。所以，与发表文章不同，汽车电子需要保证在任何情况下都能工作。

　　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。精确的数学模型就是教科书上讲的扩散方程。但是它无法用在车上因为数值解的运算量太大。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。

　　D：BMS的状态估算技术才是BMS的核心技术。

　　尽管已经过去了6年，目前世界上仍然没有一家供应商能够做到这样的高精度和高纠错能力来保证电池工作的万无一失。

　　就连特斯拉现在也无法做到完美的估算技术。因为特斯拉的算法也不能保证电池老化后的精度和纠错能力。不然怎么会有那么多的特斯拉的车需要被紧急救援?

　　只有能够保证高精度、高纠错能力的算法才是BMS的核心技术!

　　锂离子电池(LIB)已成为现代社会生活中主要的能量存储解决方案。其中磷酸铁锂电池完美替代铅酸电池，更加是并网调峰、离网储能、光伏储能、UPS、数据中心等行业的首选。

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