中國儲能網(wǎng)訊：23日下午的大會則主要圍繞“動力電池安全和梯次利用”主題進(jìn)行討論，國家千人計劃特聘專家、美國維恩州立大學(xué)博士林健先生發(fā)表了題為“動力電池系統(tǒng)安全保護(hù)發(fā)展趨勢”的演講。以下為電動汽車資源網(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
以下是國家千人計劃特聘專家、美國維恩州立大學(xué)林健博士實時記錄：
剛剛兩位專家都講了電池的熱失控，我也不是熱失控專家，所以我也講一點不一樣的東西。我一個是講保護(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都會說水冷系統(tǒng)溫度均勻，電芯之間加保險絲，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滅火，這些都是看得見的。還有一個看不見，但是也容易想得到的，就是一級、二級、三級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，好像是上個月，在美國的銷量超過10萬輛，純電動模式下累計行駛有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，失火是在碰撞做實驗碰撞以后三個星期才失火的，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？一個是防控事故，失效安全，還有減小風(fēng)險，這三個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)險的，講誰呢？講國內(nèi)的電動汽車創(chuàng)新的發(fā)展，他們是以上汽標(biāo)準(zhǔn)來講的，這個字雖然看不清楚，但是我在屏幕上可以看清楚，基本上也是講分級、過壓、欠壓、過流過溫保護(hù)。這個就比較清楚一點，他講到了有四級保護(hù)，當(dāng)電流大于650安的時候，350安到1000安8秒鐘多少多少保護(hù)，這個都是過流保護(hù)，想一想也不難。
所有的這些東西講的都是什么意思？救火，實際上什么最重要呢？防火最重要，我們得需要救火車，消防隊也需要，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。我們怎么樣防止失火呢？這個東西靠的是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)比喻成一個人，這個電池本身應(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BMS聰明起來呢？我們說硬件、軟件都要滿足。我們怎么要做到呢？對我們來說，是通過在線實時估算做到這一步的，我們通過這個實時的在線估算，把電池所有的等效參數(shù)，比如說內(nèi)阻、雙點層電容、電荷轉(zhuǎn)移電阻、擴散電壓等等。
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)的精確估計成為可能，否則查表查不清楚，大家都知道每個電池參數(shù)不一樣，不能每個電池都標(biāo)定，每個電池都查表，那查什么呢？這是第一個。第二個當(dāng)電池老化以后就沒有表可以查了，有人說不對啊，我們現(xiàn)在有一個模型，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歲的時候哪里知道能活到75？這個是數(shù)十億人統(tǒng)計出來的，具體某一個人你還是不知道的，所以那個值是不靠譜的。對于電池更是這樣，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時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時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。現(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，為什么舉這個例子？這個例子是因為對于磷酸鐵鋰來說有兩個平臺，第一個平臺是當(dāng)SOC占70%-95%區(qū)間，電壓只變化兩個毫伏，還有就是在40%-50%，只變化一個毫伏。如果真正的SOC是90%，有意設(shè)定在70%，起始點錯了，當(dāng)電壓測量精度都有問題的時候，我們有能力糾錯，把正確的SOC找到。我們看在中間這一段，這個SOC大概略大了，正好是在40%-50%之間，但是這個誤差小于4%，所以還是可以接受的。
我們?yōu)槭裁葱枰m錯呢？第一個起點很難控制測不準(zhǔn)，如果起點測不準(zhǔn)，你又要求充電每次充滿，這個要求合理也合理，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，這個誤差就大了。
我們看國產(chǎn)的BMS誤差到底會有多大？這個是我最近做的一個實驗，綠色的線是電流，藍(lán)色的線是安時積分，紅色的是我們估算出來的。我們即使把這個電池的流量查的很準(zhǔn)，起點也很準(zhǔn)，當(dāng)電流不大的時候，這兩個誤差幾乎沒有。但是當(dāng)電流很大的時候，達(dá)到將近的時候，安時積分就出來了，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%。為什么說安時積分不靠譜，也不符合ISO26262的功能安全要求。
一個特例說明安時積分法是有問題的，還有就是說我怎么沒有見過這樣的差？還有一個例子，上個月群里面有人講，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，這個情況和那個情況也是很接近的，這個原因就是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。
我們再看看還是剛剛的圖，我們把SOC真正點的是在90%，電池的容量削減20%，如果用安時積分法這個誤差就太大了，好象是有40%幾，如果用我們的算法誤差是0.6%。這個例子說明什么問題呢？說明我們這個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SOH要做很多的實驗，估算也不一定很準(zhǔn)，如果是不準(zhǔn)，容量不準(zhǔn)，那么你用安時積分法計算誤差這個就大了。
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。
這個是國標(biāo)的工況，國標(biāo)897，2011版的，三版都是驗證SOC的。我們看了國標(biāo)的都是直線與實際工況相差太遠(yuǎn)，而且每個工況是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起點從工況開始到工況結(jié)束你就只報一個數(shù)值你也可以過關(guān)，整個工況指標(biāo)9%點幾，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)他說這個精度驗證第一個沒有什么意義，第二個他說驗證SOC最好把電放光。那你要是在路上開車的時候，在外面試車的時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，這個關(guān)系是怎么強調(diào)重要性？國標(biāo)都沒有提。這個國標(biāo)和當(dāng)時在美國做的有什么區(qū)別？國標(biāo)講的只要測兩個點就行，一個80%，一個30%，選一個點?？墒莿倓偟谝粋€例子講SOC估算的時候，我們是從頂點一直滑下去，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%。這個誤差都得要去驗證，不是說只要兩個點就行了。第二個從工況來說，國標(biāo)是用手畫的直線，當(dāng)時我們在做的時候大概有40-50個實際的工況，都很容易的算法出錯。我們連夜在運轉(zhuǎn)，如果算法改的話連夜運轉(zhuǎn)，第二天要一個一個看，手工的直線一個不要。國標(biāo)驗證的時間只有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做的實驗，GM有北美最大的電池實驗室，是2008年某一天我去開會，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。我們看他這個實驗，SOC變化是從40%放到0，沖了70%幾，連續(xù)做了7個小時的USO設(shè)計，他們停了幾個小時放光了，SOC是24.89%，我說這個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PACK電壓，得到了電極電壓，一算差不多就是0了，我說這個電流測量有問題，再一看這個電流，他說這一段電池是靜置的，我說這錯了，這個實驗里面bias還是一樣的。
所以說我們再看一下這個Profile，看這個Profile的話，實際上最后的一點是24.89%，這一個SOC實際上應(yīng)該是0的，什么意思呢？也就是說在實驗做完了以后，他這個53.43%的最高點，應(yīng)該減去最低點，24.89%，如果把那個點一減你就發(fā)現(xiàn)，實際上真正的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SOC估算對于磷酸鐵鋰連續(xù)7個小時的工況還是可靠的，他們有人說這個實驗沒有什么意義，一輛車哪能開7個小時呢？但是我們這個實驗的意義在于證明了算法有極高的精度和強大的糾錯能力，是非常安全可靠的。
下面再談一談SOP，一談到電池保護(hù)大家都說一級防護(hù)，二級防護(hù)，三級防護(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了。第二對于車來說，這個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)。
這里我講一個問題，前一些時候有專家在講，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，對不同的物理模型，對付不同的物理工況”。這個太麻煩了。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，用按時法誤差很大。曾經(jīng)有一個德國的主管在我回國以后過來找我，他說這個大電流工況是不是有不同的算法？沒有，就這一個算法。我跟前面的專家也講，一個好的模型能夠反應(yīng)出電池真實完整的動態(tài)特性，不是隨著工況或者是時間來變的，一個好的算法應(yīng)該有高精度，高有效性，而不是工況隨著時間或者是老化變的。
還是舉這個例子，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，對于任意一個給定的最低電壓都應(yīng)該是Vfloot。下面的這個線，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，這個橫線是我們真實的電壓×電流，也就是功率。在這個底下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。而這個算法只有一個模型，沒有兩個模型，只有一個算法沒有兩個算法。
還有一個Verification是新電池和舊電池的區(qū)別，這個電池老化以前和衰減20%以后，這個SOP估算到底怎么走？這里可以看出來，3.0伏，實際上這個電池最低電壓是2.7V，離2.7V還有31%的差，把這個功率×31%的話，是很接近91千瓦的功率。對于老化以后的電池，3.08V，因為還有一個限制，最大電流不能超過316安，所以說這個正好是限制住了，所以正好也在30秒的范圍之內(nèi)。
然后再看這個電壓，到了2.744V，離2.7V的就差一點，這個功率達(dá)到了94千瓦，這個地方是99千瓦也很接近了，說明我們這個SOP的估算無論是對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！
