钜大LARGE | 点击量：3515次 | 2021年05月11日
动力锂电池管理系统（BMS）的核心技术是什么 你了解吗？
新能源车与传统汽车最大的差别是用电池作为动力驱动，所以动力锂电池方面的技术是新能源车的核心。
什么是BMS的核心技术？
最近看到国内某公司的宣传牌，因为采用AUTOSAR的软件构架这样的底层软件而声称全面掌握BMS软硬件技术、达到世界先进水平、采用多重均衡控制能力。很能够吸引眼球。这些东西是BMS的核心技术吗？
通常BMS系统通常包括检测模块与运算控制模块。
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符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
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。关于用Simulink开发的环境的一般分为两部分：电池状态的估算算法和故障诊断以及保护。状态估算包括SOC（StateOfCharge）、SOP（StateOfPower）、SOH(StateofHealth）以及均衡和热管理。
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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，所以它的精度和鲁棒性（也叫纠错能力）极其重要。假如没有精确的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，关于相同容量的电池，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要的电池成本。比如克莱斯勒的菲亚特500eBEV，可以一直放电SOC=5%。成为当时续航里程最长的电动汽车。
下图是一个算法鲁棒性的例子。电池是磷酸铁锂离子电池。它的SOCvsOCV曲线在SOC从70%到95%区间大约只变化2-3mV。而电压传感器的测量误差就有3-4mV。在这种情况下，我们有意让初始SOC有20%的误差，看看算法能不能够把这20%的误差纠正过来。假如没有纠错功能，SOC会按照SOCI的曲线走。算法输出的SOC是CombinedSOC也即是图中的蓝色实线。CalculatedSOC是根据最后的验证结果反推回去的真正SOC。
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SOP是下一时刻比如下一个2秒、10秒、30秒以及持续的大电流的时候电池能够供应的最大的放电和被充电的功率。当然，这里面还应该考虑到持续的大电流对保险丝的影响。
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。在加速时可以供应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面前都是过眼云烟。不是说保护不重要。保护永远都是要的。但是它不可能是BMS的核心技术。关于低温、旧电池以及很低的SOC来说，精确的SOP估算尤其重要。例如关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：安时容量和功率的变化。一般认为：当安时容量衰减20%或者输出功率衰减25%时，电池的寿命就到了。但是，这并不是说车就不能开了。关于纯电动汽车EV来说安时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。关于HEV或者PHEV来说，功率的变化更为重要这是因为电池的安时容量比较小，可以供应的功率有限尤其是在低温。关于SOH的要求也是既要高精度也要鲁棒性。而且没有鲁棒性的SOH是没有意义的。精度低于20%，就没有意义。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牛，是因为它的BMS可以管理7104节电池。这是它牛的地方吗？它真的是管理7104节电池吗？特斯拉modelS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。为何？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，假如你了解特斯拉的算法，你就会了解特斯拉的算法不仅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，特斯拉的算法比几乎所有国内的BMS算法还是好很多。国内的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。问题是假如启始点的电压错了，或者安时容量不准，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？相关经验告诉我们，会的，尽管概率很低。假如要保证万无一失，就不能只靠精确的启始点的电压来保证启始SOC的正确。
我国新能源汽车均衡问题出在哪里？
去年经过专家评选的某主动均衡技术荣获某锂电金球奖。其理由是它的核心技术--主动均衡技术能够延长电池寿命30%续航里程20%。这一看就不靠谱。因为根本无法定量。你和谁比能够延长寿命30%？和自己比有意义吗？和没有均衡比吗？那你的水平就差远了。和别人比，应该与最好的比才有意义。世界上不说最好的至少还可以的BMS都没有均衡问题。你怎么延长寿命30%呀？延长续航里程也是相同的道理。比如克莱斯勒的Fiat500e,它的SOC容许一直放到5%。请问你还怎么延长20%的续航里程呀？再进一步说，主动均衡难吗？硬件2008年TI就向我当时所在的公司推销它的主动均衡IC了。算法不外乎是同模组到电池相互均衡和不同模组之间的电池相互均衡。通用汽车公司早在6-7年前就已经完成了仿真验证。连文章都有了。从算法角度讲完全没有难度可言。而且主动均衡根本也不是网上说的是主动均衡功能一直以来是国外产品的杀手锏。国外为何基本上不用主动均衡呢？重要是考虑到成本问题。假如被动均衡就能够搞定，为何要用主动均衡呢？国内为何极力鼓吹主动均衡呢？笔者认为重要是被动均衡搞不定。说起被动均衡，绝大多数人告诉笔者说是因为国内电池质量太差一致性不好。但是通过交谈笔者发现根本原因在于概念不清、方法不对。要不然怎么会开车时均衡会越均衡越差？均衡的效果是可以计算出来的。所谓多重均衡技术，分明是没有一种手段可以搞定均衡。有人说被动均衡浪费了很多电。所以不好。以96节串联的电池组为例，我们可以算出在最差情况下，被动均衡到底浪费了多少电。假如均衡电流是0.1A，一节电池在被均衡时大约要浪费0.4W。最差的情况是有95节电池都要放电，所以，最差情况是有0.4X95=38W。还不如汽车的一个大灯（大约45瓦）费电。假如不是最差的情况，也许只要十几瓦甚至几瓦就够了。所以，尽管被动均衡浪费了一点电，但是它假如能够极大地延长电池的寿命，何乐不为呢？还有人说，关于比较大的安时容量的电池来说0.1A电流太小。假如能够把不均衡消灭在萌芽状态，就不会有无能为力情况的出现。假如电芯本身已经不能正常工作了，无论是主动均衡还是被动均衡都是无能为力的。所以，不能完全责怪电池的一致性不好。也要从自身找原因。笔者曾经做过的车里有两款PHEV的车，开了才几个月电池组内的SOC相差高达45%。而且由于SOC、SOP的问题，车在路上经常抛锚。公司一致认为是电池质量问题而且一致同意更换电池供应商。但是我仅仅只是更改了算法，就把均衡的问题解决了。而且是在公司明确规定不许充电的情况下做的。因为已经有一辆车由于电池问题出了事故。电池组中电芯SOC的差别由45%降到了3%。现在车已经行驶了十几万公里了。抛锚的问题再也没有发生过。
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怎么样的算法才算核心技术？
从控制的角度来说，一个好的算法应该有2个标准：准确性和鲁棒性（纠错能力）。精度越高越好的道理在这里就不多说了。前面提到的电流积分加开路电压实际上是用开路电压纠错，但是这种方法与在线实时纠错相比，显然鲁棒性差远了。这是为何国外大公司都在用在线实时估算开路电压来实现在线实时纠错的原因。
为何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(Robustnessorerrorcorrectioncapability)。
国内一些人往往不了解别人的算法是什么，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。那些要花成千上万块钱去买的大部头的出版物评论各个厂家BMS优劣的却不管各个BMS算法或者说在核心技术方面的差别，实际意义太小。只看是不是为某个有名的OEM供应BMS就认为牛，也不了解到底供应BMS里面的什么东西。不了解有没有一种崇洋的心理。
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鲁棒性：将3串并联在一起的电池组拿掉一串，这时内阻新增1/3、安时容量减小1/3。但是BMS并不了解。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。
关于电脑而言，假如出现蓝屏，我们一般只要重新启动电脑就算了。可是，关于汽车，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，汽车电子要保证在任何情况下都能工作。做一个好的算法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。比如说当车高速行驶在盘山公路上，大家所了解电池模型都会失效。这是因为持续的大电流会很快消耗掉电极表面的带电离子，而内部的离子来不及扩散出来，电池电压会急剧下降。估算出SOC会有较大的误差甚至会有10%以上的误差。精确的数学模型就是数学物理方法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。
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鲁棒的水平来保证电池工作的万无一失。就连现在红的发紫的特斯拉也望尘莫及。这不是在吹牛。特斯拉的粉丝一定听说过特斯拉在北京大街上被拖走的事迹吧。特斯拉的算法也不能保证电池老化后的精度和鲁棒性。只有能够保证高精度、高鲁棒的算法才是杀手锏！没有这样的技术怎么弯道超车？
揭穿电动汽车5大谣言，还大众一个真相
电动知家
伴随着电动汽车的快速普及，越来越多的消费者开始关注这个行业的发展，并开始考虑哪一天也能用上属于自己一辆电动汽车。但许多人心中也充满顾虑，被电动汽车的很多传言所左右，其实大部分都是不实之说。今天，电动知家就为大家揭秘电动汽车的五大谣言，让大家了解谣言背后的真相。
以下，电动知家从电动汽车的电磁辐射、电动汽车容易爆炸、电动汽车与燃油汽车污染、下雨天充电、补贴政策对行业发展等五个方面，通过相对专业的解释并结合现实生活例子的比较，来破除对新能源汽车的误解和误导。作为从事新能源汽车行业的每个从业人员，都应该还原事实，传播真相。我们普通消费者，通过此篇文章解读，应对新能源汽车行业有更清楚的认识。还等什么，赶紧转发吧，让每个人都能了解事情背后的真相。
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1.纯电动汽车的电磁辐射对人体有害
这种说法重要基于电动汽车的电池系统对人体出现辐射，长时间开电动汽车就相当于坐在了辐射源上，甚至会引起不孕不育、脱发、致癌等危言耸听的言论。
事实上，电动汽车电磁水平远低于常见电器辐射值比普通笔记本还低。
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首先，我们要理解一个概念，什么叫做辐射，它有什么种类，怎么样的辐射值才对人体出现危害？辐射包括电离辐射和非电离辐射，电离辐射就是大家经常听到的核辐射，比如X射线。另外，非电离设备包含部分的核电光、红外线，广播电视、家用电器等。辐射对人体的影响重要包括两部分，第一部分是在频率低于100赫兹时，重要是通过感应电场和感应磁场对人体出现相应的影响；第二部分是在频率更高时，对人体出现热效应，比如红外线，它能导致发热对身体形成热效应。
至于感应的电场和感应的磁场，比如感应的电流，跟高压电流是相同的，会影响到人体的电信号。世界卫生组织WHO指出：关于生物体的用途，不同频率的电磁源，对人体用途是不同的，核辐射和非电离辐射不能混在一起。对生物体出现多大的影响，取决于波长（频率）及其能量的大小，并且只有在超过人体补偿机制的生物用途时才会对健康造成有害的影响。
据电动知家微信公众号了解，联合国国际卫生组织有关电磁辐射电磁场的安全标准，其中电场辐射安全标准为5000V/m，磁场辐射安全标准为100μT，而我国环境评价标准也将限值定为了100μT。也就是说，普通家电只要低于5000V/m和100μT的数据，其辐射值就是在安全范围内。同时WHO也已经明确，在环境中极低频场的存在形式为电场和磁场，较低频率的电磁波含义为电磁场；而只有非常高频率的电磁波才可称为电磁辐射。关于我们生活周围环境所接触到的电磁场来说，称为电磁辐射实际上是错误的，很容易对人造成认知上的误导，所以WHO反对错误引用电磁辐射概念，以免引起公众和确认有危害的核辐射相混淆。
我们日常生活当中能够使用到的具有辐射用途的设备的辐射数据如何呢？从数据上看，手机、电脑的电场辐射及磁场辐射与安全标准当中的数据相差甚远。那么新能源汽车的电池体积巨大是否就表示乘坐新能源汽车的辐射安全系数就会降低？其实不然，即使新能源汽车所采用的电池辐射并不高，但新能源汽车生产制造过程当中也已经考虑到电池辐射的问题，关于新能源汽车的电池包等都进行了相关的防护措施。
以腾势纯电动汽车为例，其主驾辐射为0.88μT，副驾为0.85μT，后排座位从左到右分别为0.47μT、0.43μT和0.39μT，综合来看车内各部分的电场辐射小于5V/m，磁场辐射小于1μT，远远比手机和手提电脑等日常设备的电磁辐射要低的多。而其他诸如特斯拉、宝马i系列、雷克萨斯CT系列等的电磁辐射也属于安全范围之内。
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所以，消费者完全不必为新能源汽车出现的微量辐射担心，打破普通消费者关于辐射谣言的恐惧心理，别让辐射致癌等类似的传闻成为影响新能源汽车消费的绊脚石。
2.电动汽车更容易爆炸
近期北京蟹岛80辆电动大巴被烧毁，广东的一辆特斯拉高速公路上撞击护栏失控并引起爆炸，还有刚刚过去的2016年特斯拉的modelS自燃、比亚迪E6碰撞起火、电池厂爆炸等等的新闻，甚至星智能手机GalaxyNote7因锂离子电池故障爆炸召回，让大家更容易相信电动汽车似乎确实更容易爆炸起火，真是这样的吧？
事实上，关于消费者来讲，电动汽车电池总体是十分安全的。但是，要防范的是，在产业大爆发的情况下，个别厂家粗制滥造和产品价格战带来对电池防护的忽视，以及关于电动汽车的非法改装所带来的隐患。
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电动汽车比较典型的事故是自燃、碰撞起火和过充，不管由什么引起，电动汽车安全事故的重要表现是电池热失控。在使用中，锂离子电池之所以会发生自燃，就是由于防护措施不到位或出现了严重的外力破坏，导致防护失效，而使得金属锂与空气接触所造成的。为了防止空气进入，锂离子电池都被封装在密闭容器冲，并为了防止外力破坏通常配以不锈钢外壳和铝合金外壳。例如，特斯拉的电动汽车，甚至采用了钛合金防护板，以防止汽车使用中，尤其是交通事故中对电池容器的损伤。
电动汽车从最初的设计阶段就要通过各种方法，最大程度保证安全性。在确定了整车设计以后，车企会针对汽车的每一个零件、系统进行严苛的测试，这一阶段通过后，才能进行整车测试，而整个研发测试过程通常要长达几年的时间。在确定了测试理念之后，还会对每一个电池单体进行不带保护框架的裸测。每个零部件测试做完以后，还要进行一个系统级别的测试。这个系统级别的测试有大有小。在这一阶段的测试中，白车身、电池和碰撞结构将组合成一个系统，进行系统级的安全性能测试。最后便是整车测试，为了最大限度保证车辆在极端工况下对乘客的保护，还会有侧柱碰、翻滚实验、火烧实验等国内碰撞标准之外的测试来提高品质标准。
虽然锂离子电池起火、燃烧甚至爆炸的隐患目前仍无法完全消除。但以目前导致新能源汽车发生自燃的案例来看，没有一个是由于正常行驶状况下电池组自燃爆炸造成的。更多的新能源汽车锂离子电池的爆炸自燃来自于极为严重的交通事故和车内电器设备的不当改装。在近千度的高温炙烤靠下，锂离子电池才最终被引燃。
燃油车也会自燃，传统车的汽油箱，也具有危险性，每年发生的传统汽车自燃以及碰撞起火事故也不在少数。作为能量载体，锂离子电池必然具有一定的危险性，但这种危险性完全可以通过系统的措施来加以控制。
3.电动汽车比传统汽车更污染?
有人认为，尽管新能源车不直接排放废气，但发电过程也要耗能。一些靠新增电池量来提高续航里程的新能源车，甚至还不如燃油车低碳环保。
电动汽车清洁、高效和低噪音，比传统燃油汽车环保是毋容置疑的。在国家的大力推动下，电池的能量密度也在不断提高，不会也不可能靠新增电池容量来提高电动汽车的续航里程。
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目前，虽然我国非化石能源发电装机比重确实不高不到40%，但国家在进行能源结构改革，不断淘汰落后产量，这个数据每年都在提高，能源的来源会越来越清洁。而燃油车的尾气排放直接排放于大气中,无法进行任何有效的控制和回收,谁的污染更高显而易见。调查研究表明，交通能源消耗也是造成局部环境污染和全球温室气体排放的重要原因之一。平均而言大气污染的42%来源于交通运输。在城市里，为了等候交通灯，必须不断地停车和起动，这既造成了大量的能源浪费，又新增了业已十分严重的空气污染，而电动汽车在遇到刹车减速或下坡行驶时，可以通过电子控制器将车辆的行车动能。再生地转化为电能并贮存于蓄电池之中。电动汽车的起动速度相当快，在遇到红灯停车时，还可以不必让电机空转，大大提高能源的使用效率；重新起动，也不会出现大量的废气，可以减少空气污染，与燃油汽车相比，由于电动机的运行噪音通常比燃油发动机小得多，电动汽车的运行基本上是宁静的。而在大城市，汽车噪音已经成为一种严重的污染而危害到人们的身心健康。
另外，有关车辆报废后的电池处理，国家已经为动力锂电池回收政策体系的完善指明了方向，下一步除尽快完善《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》外，国家将会从加快动力蓄电池回收利用管理标准体系建设，规范管理制度(溯源管理、梯级产品管理、报废)、出台动力锂电池回收激励政策等方面，推动动力锂电池回收产业的发展和政策体系的完善。
国内外均认为21世纪是以新能源和环保为主的舞台，有关汽车工业的未来发展，则是传统燃油汽车将向高效低排放的电动汽车方向的进化过程。目前已有欧洲发达国家计划到2030年停售燃油车。主流趋势如此，你还会认为纯电动汽车不如燃油车环保吗?
4.下雨天充电会触电
由于跟电老虎有关，大家认为一下雨就很有可能发生漏电、短路等情况，所以不敢在雨天进行充电。其实，充电部件的防水性是有非常严格的标准，现在防水等级基本上做到IP67标准（即防短时浸泡常温常压下，当外壳暂时浸泡在1M深的水里将不会造成有害影响），包括一些绝缘都是按照最高标准去做，所以说大家可以放心，在一些小雨量级的时候，我们可以放心的在露天去充电，这个是没有问题的，它也不会出现什么漏电伤人这种事情。但是特大暴雨的情况下，我们还是建议用户尽可能的不要去进行充电操作了。遇到下雨天，大家假如不放心，可以用帆布、塑料等防水的东西遮盖住电源及接口，就更加安全了。
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5.国家补贴政策阻碍了新能源汽车行业发展
近年来新能源汽车行业骗补行为，让大家对补贴政策出现了怀疑。其实问题的根源不出在于该不该补贴，而是出在怎么补贴，怎么去监督补贴。现有的补贴政策的出台是几年前的问题，这几年的行业发展，使得进步最快的就是电池，而原来的补贴基本上都是基于几年前的电池成本来定的标准。因此，就有了去年6－8米客车的补贴甚至大于其制造成本的可能，才出现了大规模的骗补情况。而电动汽车的另一个领域，中长期必须依靠的乘用车领域，基本上就没有出现这种情况。从这些方面就能看出一些问题。从2015年新能源汽车的产量就能看出来，纯电动商用车的占比是非常大的。这与当前的汽车消费结构是不太一致的。
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到2020年，国家逐步取消补贴，而这些年国家补贴的重大意义，在于营造一个良好的使用环境，使得新能源汽车的发展在初期得到支持。随着销量与产量的上升，新能源车单车依靠的补贴越来越下降，随着使用习惯的养成，相信在5年内，乘用车不用补贴也会形成良好的市场氛围。
电动知家微信公众号认为，没有国家的补贴政策，就没有现如今如火如荼的新能源汽车产业，就无法这么快奠定产业发展基础，更不会以后更好的发展。
总结
2017年五月四日，国家工业和信息化部、国家发展改革委、科技部印发《汽车产业中长期发展规划》，明确了国家建设汽车强国目标，同时强调，路线上要以新能源汽车和智能网联汽车为突破口，引领整个产业转型升级；措施上要优化产业发展环境，推动行业内外协同创新。
我国发展新能源汽车的初衷是环保节能,并借此弯道超车变身汽车强国。在新能源汽车高速发展的背后,不可否认这个进程中存在这样活那样的问题,并需加以指正和完善，但不能否认整个新能源汽车产业链公司为之付出的努力。
