深度分析SOC精度验证方法

大家都知道电池管理系统(BMS)的核心是上层应用算法，算法的核心是SOC估算。所以，国标QC/T897-2011《电动汽车用电池管理系统技术条件》自然要着重描述荷电状态(SOC)的精度测试。这可以从其总共13页的的文件中有长达6页是与SOC精度有关的中可以看出。国标对SOC估算精度的要求是误差要不大于10%。不过，国标给出的验证方法存在以下问题：

1、国标只要求测试2个点的SOC精度

国标中提出，只要在SOC大于80%和小于30%的区域各找一个点测试。我认为这是远远不够的。难道2个点精确就能够保证所有工作点都满足要求了，显然不是。

我在为美国BIG3写验证方法设计验证计划和报告(Design Verification PlanReport，简称：DVPR)时，要求SOC从100%到截止电压(SOC大约只有1-3%)都要验证，即使是对于SOC 工作范围比较窄的混合动力汽车(HEV)也不例外。这是因为在意外情况下，SOC是有可能偏出正常工作范围。万一SOC不在工作范围内了，也不容许失控。

记得在做沃蓝达BMS仿真验证时，对于每个点都要做SOC的反向推算，找出从头到尾哪一个点(所有误差超过2.5%的点)的SOC误差最大，并且要分析为什么这个点的SOC比较大。

2、工况的选择

国标给出了4个工况，并称其为“典型”充放电工况，这几个工况如下图所示：

显然，这几个工况没有一个接近实际工况。因为实际工况的电流看起来像是噪声，不可能是直线，所以这些工况不够“典型”。

其次，国标给的时间最长的两个工况，一个是80秒，一个是90秒。国标说，任意选一个工况，连续循环10次，来检查SOC。连续循环10次有多长?最长的一个工况只有90秒，循环10次是900秒，也只有15分钟。而在这15分钟SOC只变化了不到10%，这说明什么问题?假设电流传感器在工况测试过程中坏了，测量永远都是零，BMS都可以通过国标SOC的精度要求。因为你算出来的SOC不变。虽然不对，但是误差肯定小于10%。所以国标给的工况来验证SOC精度，完全没有意义。

在通用汽车(GM)做沃蓝达的时候，我们选择用于验证的工况都是实际采集的工况。尤其是那些安时积分计算出的SOC和实时在线估算的SOC有明显不同的工况。在克莱斯勒，由于样车都还没有，就谈不上实际工况。我们是拿其他车的工况进行适当的放大以模拟最差情况。

也许，有人会说，这不是某个特定车的工况，不符合实际。但是，一个算法，要能够在任何情况下都能够正常工作，在任何理论上存在的工况下，也必须能够正常工作。

我当时给了供应商5个工况，3个典型工况，2个放大了的工况。比如，将US06工况的功率乘以1.8并加以适当限流(US06工况试验是考察测试样车在高速度、高加速度情况下的排放情况)。当时，世界上没有一个BMS供应商能够在精度方面能够达到克莱斯勒的要求。后来，有人告诉我，有人在美国汽车工程师学会(SAE)报告，US06x1.8可以包含95%以上最激烈(aggressive)的工况。后来，我在国内一家公司工作时，这家公司的德国分公司的BMS软件主管特意从德国来浙江问我，我的SOC算法对于大电流和小电流是不是一样的。

可见，大电流的SOC在线估算的确不容易。国标也应该参照克莱斯勒的模式。在没有足够工况的情况下，适当放大典型工况。当然，不一定要像我一样要用那样激烈的工况。

3、SOC精度的验证方法

国标说工况实验做完以后“静置10分钟”，然后放电到0。最后计算SOC真值。静置10分钟的目的是什么?在我看来没有意义。因为在这10分钟里，如果说有被测量的量在变，那就是端电压。可是，电压在这个验证方法里，压根就不用。如果想得到电池的真正的开路电压(OCV)，10分钟的静置时间好像又太短了。尤其是对磷酸铁锂电池，这反映出国标似乎有点不知所措。

其次，对于精度验证方法，国标要求要把电量全部放光来验证，这当然是一个方法，但是这个方法没有任何实际意义，因为在路上不可能把电放光。所以，在路上开车，是无法知道误差是有多大的，因为你不敢在路上把电放光来检查SOC的精度。

目前，国内几乎所有的SOC都是用安时积分法。安时积分法需要知道SOC的起点。这个起点一般是通过开路电压(OCV)得到。然而，国标从头到尾都没有提及OCV以及它与SOC的关系。这个关系是整个BMS关系中最最重要的关系。国标怎么会压根就不提呢?

作为BMS的核心，除了SOC以外，还有最大充放电功率预测(SOP)和健康状态(SOH)。国标没有提也许是因为国内目前还很好解决方法。最近看到一些专家在提用大数据的方法来解决SOH。其实，我们在沃蓝达上就可以做到实时在线估算了。那时候大数据这个时髦的词还没有发明呢。大数据好是好，但不一定放在哪里都好用。

为什么需要用SOP?SOP有两个作用，第一个限制功率，保护电池。使电池永远工作在给定的工作区间。所以保护电池不是靠所谓的一级防护、二级防护。而是靠SOP。防护是必不可少的。但是，在正常情况下是备而不用的。第二个，充分发挥电池的潜力，比方说很多国产的车，BMS为了保护电池，明明电池可以输出50千瓦，你只让它输出40千瓦，是保护了电池，可是牺牲了10千瓦，这10千瓦对于你的动力性能来说可能就是很重要的。

充电也是一样，假如说当你刹车的时候，能量回收的时候，它可以吸收50千瓦的功率，你只让吸收40千瓦的功率，你的效率就要降低，所以精确的SOP也是很重要的。尤其是当电池老化或者低温以及输出功率有限的混合动力的情况下，SOP就显得特别重要。为什么国外的混合动力油耗低，除了可以选择专用发动机以外，还可以选择容量更小的发动机来达到同样的动力性能。这其中就有SOP的功劳。我们有些专家和院士常常提到要发展混合动力包括增程式。这些提法都没错。但是，没有过硬的核心技术，即使是世界产量第一，也没有人在意。只能是自娱自乐。