中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：23日下午的大會(huì)則主要圍繞“動(dòng)力電池安全和梯次利用”主題進(jìn)行討論，國家千人計(jì)劃特聘專家、美國維恩州立大學(xué)博士林健先生發(fā)表了題為“動(dòng)力電池系統(tǒng)安全保護(hù)發(fā)展趨勢”的演講。以下為電動(dòng)汽車資源網(wǎng)整理林健博士的演講主要內(nèi)容：
國家千人計(jì)劃特聘專家、美國維恩州立大學(xué)林健博士
以下是國家千人計(jì)劃特聘專家、美國維恩州立大學(xué)林健博士實(shí)時(shí)記錄：
剛剛兩位專家都講了電池的熱失控，我也不是熱失控專家，所以我也講一點(diǎn)不一樣的東西。我一個(gè)是講保護(hù)電池系統(tǒng)的BMS和SOC和SOP，一般大家談到保護(hù)電池，講BMS都會(huì)說水冷系統(tǒng)溫度均勻，電芯之間加保險(xiǎn)絲，模組之間加保護(hù)，加隔熱，還有在電池包里面加滅火劑自動(dòng)滅火，這些都是看得見的。還有一個(gè)看不見，但是也容易想得到的，就是一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)OV、UV，過流、過溫等等，但是我們看一下，即使有一些防護(hù)，我們國產(chǎn)車照樣失火。
大家都知道特斯拉很火，都在學(xué)特斯拉，里面確實(shí)有很多防火的技術(shù)，但是特斯拉也照樣失火。但是我們看雪佛蘭宣布Volt，好像是上個(gè)月，在美國的銷量超過10萬輛，純電動(dòng)模式下累計(jì)行駛有24億公里，綜合行駛里程高達(dá)40億英里，沒有一起失火的事故。王博士剛剛講了，特斯拉有失火的，但是大家想一想王博士還有一句話，超過5分鐘就不算了，王博士第二句話，失火是在碰撞做實(shí)驗(yàn)碰撞以后三個(gè)星期才失火的，大于等于5分鐘，所以那起應(yīng)該是不算的。
日產(chǎn)電池怎么防止失火的？一個(gè)是防控事故，失效安全，還有減小風(fēng)險(xiǎn)，這三個(gè)里面最重要的還是防控事故，一般都是講失效安全和減小風(fēng)險(xiǎn)的，講誰呢？講國內(nèi)的電動(dòng)汽車創(chuàng)新的發(fā)展，他們是以上汽標(biāo)準(zhǔn)來講的，這個(gè)字雖然看不清楚，但是我在屏幕上可以看清楚，基本上也是講分級(jí)、過壓、欠壓、過流過溫保護(hù)。這個(gè)就比較清楚一點(diǎn)，他講到了有四級(jí)保護(hù)，當(dāng)電流大于650安的時(shí)候，350安到1000安8秒鐘多少多少保護(hù)，這個(gè)都是過流保護(hù)，想一想也不難。
所有的這些東西講的都是什么意思？救火，實(shí)際上什么最重要呢？防火最重要，我們得需要救火車，消防隊(duì)也需要，更重要的是我們防止失火，總不希望自己家老失火，老打119吧。我們?cè)趺礃臃乐故Щ鹉兀窟@個(gè)東西靠的是BMS。我剛剛說了功能安全有很多加的，電池技術(shù)應(yīng)該怎么樣保護(hù)功能安全，這些都重要，但是這些都是備而不用的。如果把電池系統(tǒng)比喻成一個(gè)人，這個(gè)電池本身應(yīng)該是算電池系統(tǒng)的心臟，BMS應(yīng)該是大腦；如果是你講電池系統(tǒng)的安全，不講BMS的安全，那么你只能算是一個(gè)四肢發(fā)達(dá)頭腦簡單；如果你只講BMS，它的功能安全又不講怎么去思考怎么控制的安全，你只能是“腦殘”。
這個(gè)是霍金，全身癱瘓，可是他是當(dāng)代最偉大的物理學(xué)家，所以說腦袋聰明最重要，怎么樣才能使一個(gè)BMS聰明起來呢？我們說硬件、軟件都要滿足。我們?cè)趺匆龅侥兀繉?duì)我們來說，是通過在線實(shí)時(shí)估算做到這一步的，我們通過這個(gè)實(shí)時(shí)的在線估算，把電池所有的等效參數(shù)，比如說內(nèi)阻、雙點(diǎn)層電容、電荷轉(zhuǎn)移電阻、擴(kuò)散電壓等等。
在線估算有什么好處？簡化了電池的標(biāo)定工作，使一致性不太好的電池狀態(tài)的精確估計(jì)成為可能，否則查表查不清楚，大家都知道每個(gè)電池參數(shù)不一樣，不能每個(gè)電池都標(biāo)定，每個(gè)電池都查表，那查什么呢？這是第一個(gè)。第二個(gè)當(dāng)電池老化以后就沒有表可以查了，有人說不對(duì)啊，我們現(xiàn)在有一個(gè)模型，電池老化了以后，根據(jù)我們老化的數(shù)據(jù)可以把參數(shù)全找回來，但是這個(gè)還是不靠譜，為什么不靠譜呢？比如說我們中國人的壽命都是75歲，你在他20歲的時(shí)候哪里知道能活到75？這個(gè)是數(shù)十億人統(tǒng)計(jì)出來的，具體某一個(gè)人你還是不知道的，所以那個(gè)值是不靠譜的。對(duì)于電池更是這樣，電池的老化是與過程相關(guān)的，所以說你在上海和北京開同樣的電池同樣的車結(jié)果都不一樣，即使是兩個(gè)人都在上海開，老化程度也是不一樣的。所以說我們能夠做到實(shí)時(shí)在線估算可以省掉很多老化標(biāo)定的人力物力，而且如果我們做到實(shí)時(shí)在線估算我們就能夠保持電池的精度保持不變，不僅是新電池，老化電池也能不變?，F(xiàn)在國內(nèi)的BMS廠家問他精度多少，他說5%，5%都是指的新電池，沒有一個(gè)說是老化以后的電池。
磷酸鐵鋰電池估算綠色的線是積分，藍(lán)色的線是我們算出來的SOC，是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SOC，也是真正的SOC，紅色的線是用算法算出來的SOC，為什么舉這個(gè)例子？這個(gè)例子是因?yàn)閷?duì)于磷酸鐵鋰來說有兩個(gè)平臺(tái)，第一個(gè)平臺(tái)是當(dāng)SOC占70%-95%區(qū)間，電壓只變化兩個(gè)毫伏，還有就是在40%-50%，只變化一個(gè)毫伏。如果真正的SOC是90%，有意設(shè)定在70%，起始點(diǎn)錯(cuò)了，當(dāng)電壓測量精度都有問題的時(shí)候，我們有能力糾錯(cuò)，把正確的SOC找到。我們看在中間這一段，這個(gè)SOC大概略大了，正好是在40%-50%之間，但是這個(gè)誤差小于4%，所以還是可以接受的。
我們?yōu)槭裁葱枰m錯(cuò)呢？第一個(gè)起點(diǎn)很難控制測不準(zhǔn)，如果起點(diǎn)測不準(zhǔn)，你又要求充電每次充滿，這個(gè)要求合理也合理，不合理也不合理，他就是不充滿怎么辦呢？車就不讓他工作了？30毫伏的話，誤差有30毫伏，不管VH電壓考慮進(jìn)去，這個(gè)誤差就大了。
我們看國產(chǎn)的BMS誤差到底會(huì)有多大？這個(gè)是我最近做的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，綠色的線是電流，藍(lán)色的線是安時(shí)積分，紅色的是我們估算出來的。我們即使把這個(gè)電池的流量查的很準(zhǔn)，起點(diǎn)也很準(zhǔn)，當(dāng)電流不大的時(shí)候，這兩個(gè)誤差幾乎沒有。但是當(dāng)電流很大的時(shí)候，達(dá)到將近的時(shí)候，安時(shí)積分就出來了，真正的SOC是多少呢？是52.5，我們估算是52.2，誤差可以達(dá)到18%。為什么說安時(shí)積分不靠譜，也不符合ISO26262的功能安全要求。
一個(gè)特例說明安時(shí)積分法是有問題的，還有就是說我怎么沒有見過這樣的差？還有一個(gè)例子，上個(gè)月群里面有人講，他的車某國企的，在上海SOC從39%直接到路上去了，車子躲到2公里，這個(gè)情況和那個(gè)情況也是很接近的，這個(gè)原因就是SOC一開始就有誤差，一直沒有調(diào)整，突然一調(diào)整SOC從29%，39%掉到0。
我們?cè)倏纯催€是剛剛的圖，我們把SOC真正點(diǎn)的是在90%，電池的容量削減20%，如果用安時(shí)積分法這個(gè)誤差就太大了，好象是有40%幾，如果用我們的算法誤差是0.6%。這個(gè)例子說明什么問題呢？說明我們這個(gè)算法無論是新電池還是舊電池都可以保持進(jìn)度不變，這個(gè)SOH要做很多的實(shí)驗(yàn)，估算也不一定很準(zhǔn)，如果是不準(zhǔn)，容量不準(zhǔn)，那么你用安時(shí)積分法計(jì)算誤差這個(gè)就大了。
所有的國產(chǎn)BMS都可以通過國家的標(biāo)準(zhǔn)呢？這個(gè)是2011年版本，國標(biāo)說SOC誤差少于10%就可以了。但是新版的我看了一下草稿，草稿說現(xiàn)在改成8%了。
這個(gè)是國標(biāo)的工況，國標(biāo)897，2011版的，三版都是驗(yàn)證SOC的。我們看了國標(biāo)的都是直線與實(shí)際工況相差太遠(yuǎn)，而且每個(gè)工況是90秒，最長的工況是90秒，他說要循環(huán)10次，更大的問題在哪里呢？這個(gè)國標(biāo)的工況循環(huán)10次以后，SOC變化多少？小于10%，假如說你的SOC起點(diǎn)從工況開始到工況結(jié)束你就只報(bào)一個(gè)數(shù)值你也可以過關(guān)，整個(gè)工況指標(biāo)9%點(diǎn)幾，只要小于10%就可以了，所以國標(biāo)太容易達(dá)到了。
我們知道BMS的核心是哪呢？是估算電池的狀況。不僅僅有SOC，還有SOP還有SOH，國標(biāo)他說這個(gè)精度驗(yàn)證第一個(gè)沒有什么意義，第二個(gè)他說驗(yàn)證SOC最好把電放光。那你要是在路上開車的時(shí)候，在外面試車的時(shí)候你怎么敢把電池放光呢？還回不回來？所以方法全部都是有問題的。然后我們知道在SOC估算里面有很重要的關(guān)系，就是OCV和SOC的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系是怎么強(qiáng)調(diào)重要性？國標(biāo)都沒有提。這個(gè)國標(biāo)和當(dāng)時(shí)在美國做的有什么區(qū)別？國標(biāo)講的只要測兩個(gè)點(diǎn)就行，一個(gè)80%，一個(gè)30%，選一個(gè)點(diǎn)?？墒莿倓偟谝粋€(gè)例子講SOC估算的時(shí)候，我們是從頂點(diǎn)一直滑下去，在美國的話是不管PHEV，還是HEV，要求從100%一直放到0，一直保持從100%到0%。這個(gè)誤差都得要去驗(yàn)證，不是說只要兩個(gè)點(diǎn)就行了。第二個(gè)從工況來說，國標(biāo)是用手畫的直線，當(dāng)時(shí)我們?cè)谧龅臅r(shí)候大概有40-50個(gè)實(shí)際的工況，都很容易的算法出錯(cuò)。我們連夜在運(yùn)轉(zhuǎn)，如果算法改的話連夜運(yùn)轉(zhuǎn)，第二天要一個(gè)一個(gè)看，手工的直線一個(gè)不要。國標(biāo)驗(yàn)證的時(shí)間只有15分鐘，但是我們知道如果從100%放到0%，15分鐘是太短了。
我們看一下GM做的實(shí)驗(yàn)，GM有北美最大的電池實(shí)驗(yàn)室，是2008年某一天我去開會(huì)，他們跟我說，你們的算法可能出問題了。我們算出來的SOC是43%，你是藍(lán)顏色的，你的估算是25%，他說是不是出了問題？我問他第一電流怎么樣？BMS電流值和SOC的電流值給的結(jié)果是一樣的，他們把電壓表一測出來的電壓也是一樣的，我說把數(shù)據(jù)拿給我看一下。我們看他這個(gè)實(shí)驗(yàn)，SOC變化是從40%放到0，沖了70%幾，連續(xù)做了7個(gè)小時(shí)的USO設(shè)計(jì)，他們停了幾個(gè)小時(shí)放光了，SOC是24.89%，我說這個(gè)到最后電池不是放光了嗎？怎么還有24%？所以我就把電流的Profile找出來了，底下是261.9伏，這個(gè)PACK電壓，得到了電極電壓，一算差不多就是0了，我說這個(gè)電流測量有問題，再一看這個(gè)電流，他說這一段電池是靜置的，我說這錯(cuò)了，這個(gè)實(shí)驗(yàn)里面bias還是一樣的。
所以說我們?cè)倏匆幌逻@個(gè)Profile，看這個(gè)Profile的話，實(shí)際上最后的一點(diǎn)是24.89%，這一個(gè)SOC實(shí)際上應(yīng)該是0的，什么意思呢？也就是說在實(shí)驗(yàn)做完了以后，他這個(gè)53.43%的最高點(diǎn)，應(yīng)該減去最低點(diǎn)，24.89%，如果把那個(gè)點(diǎn)一減你就發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上真正的SOC大概應(yīng)該是28.5%，和我們估算的25.5%小于3%所以我們這個(gè)SOC估算對(duì)于磷酸鐵鋰連續(xù)7個(gè)小時(shí)的工況還是可靠的，他們有人說這個(gè)實(shí)驗(yàn)沒有什么意義，一輛車哪能開7個(gè)小時(shí)呢？但是我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)的意義在于證明了算法有極高的精度和強(qiáng)大的糾錯(cuò)能力，是非常安全可靠的。
下面再談一談SOP，一談到電池保護(hù)大家都說一級(jí)防護(hù)，二級(jí)防護(hù)，三級(jí)防護(hù)。我再說一遍防護(hù)必不可少的，但是正常情況下是備而不用的，一但用了就說明第一你的算法錯(cuò)了。第二對(duì)于車來說，這個(gè)車子有可能就立刻在路上停下來了，所以是不能用的。保護(hù)電池靠的是什么呢？靠的是SOP，SOP它能夠保護(hù)你的電池，最大地充電功率是多少，最大的放電功率是多少，這樣能夠保證你電池永遠(yuǎn)工作在你設(shè)定的范圍之內(nèi)。
這里我講一個(gè)問題，前一些時(shí)候有專家在講，不同情況下電池內(nèi)阻是變化的，BMS采用固定不變的模型情況下測試肯定是有問題的。還寫了一篇文章，“每一種狀態(tài)和工況所需要的算法都不一樣，比如說下坡能量回收，上坡放電，平坦路面持續(xù)行駛，以及頻繁的起步剎車，整個(gè)過程給單體電池電壓電流測量帶來很大的估算誤差，所以說最好是能夠有不同的算法，對(duì)不同的物理模型，對(duì)付不同的物理工況”。這個(gè)太麻煩了。路上有成千上萬的工況，不能有成千上萬的模型或者是算法，我前面舉的例子是SOC，用按時(shí)法誤差很大。曾經(jīng)有一個(gè)德國的主管在我回國以后過來找我，他說這個(gè)大電流工況是不是有不同的算法？沒有，就這一個(gè)算法。我跟前面的專家也講，一個(gè)好的模型能夠反應(yīng)出電池真實(shí)完整的動(dòng)態(tài)特性，不是隨著工況或者是時(shí)間來變的，一個(gè)好的算法應(yīng)該有高精度，高有效性，而不是工況隨著時(shí)間或者是老化變的。
還是舉這個(gè)例子，有大電流有小電流，工況很復(fù)雜，甚至我們到農(nóng)村路上也開過，高速上也開過。這個(gè)上面是一條綠線是我們估算出來的OCP，藍(lán)色是我們測量出來的電壓，白色框的地方，我們把那一段線zoomedin，這條線最低電壓是3.65伏。
如果算法是工作的話，對(duì)于任意一個(gè)給定的最低電壓都應(yīng)該是Vfloot。下面的這個(gè)線，綠線是2秒鐘的最大放電功率，藍(lán)色線和紫紅色的線是10秒和30秒的最大放電功率，這個(gè)橫線是我們真實(shí)的電壓×電流，也就是功率。在這個(gè)底下1秒，2秒正好tooth了2秒鐘的底線，接下來一共有40秒鐘，這40秒鐘始終和我們預(yù)設(shè)的最大的放電功率是一致的，也就是說我們是可以精確地算出放電功率的。而這個(gè)算法只有一個(gè)模型，沒有兩個(gè)模型，只有一個(gè)算法沒有兩個(gè)算法。
還有一個(gè)Verification是新電池和舊電池的區(qū)別，這個(gè)電池老化以前和衰減20%以后，這個(gè)SOP估算到底怎么走？這里可以看出來，3.0伏，實(shí)際上這個(gè)電池最低電壓是2.7V，離2.7V還有31%的差，把這個(gè)功率×31%的話，是很接近91千瓦的功率。對(duì)于老化以后的電池，3.08V，因?yàn)檫€有一個(gè)限制，最大電流不能超過316安，所以說這個(gè)正好是限制住了，所以正好也在30秒的范圍之內(nèi)。
然后再看這個(gè)電壓，到了2.744V，離2.7V的就差一點(diǎn)，這個(gè)功率達(dá)到了94千瓦，這個(gè)地方是99千瓦也很接近了，說明我們這個(gè)SOP的估算無論是對(duì)于新電池還是舊電池都是很精確的。
就講到這里吧，謝謝大家！
