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用《易經(jīng)》“象、數(shù)、氣、理”表示法解析BMS

BMS電池管理系統(tǒng)英文的縮寫。但大家對(duì)這一概念理解起來(lái)還比較困難。一是名稱太專業(yè),二是跨專業(yè)太多;三是動(dòng)力電池是物理系統(tǒng),如何能按“人”的意圖管理自己呢?有些玄乎!BMS電池管理系統(tǒng)是突破動(dòng)力電池這一瓶頸重要措施之一,下面是筆者用《易經(jīng)》“象、數(shù)、氣、理”表示法,解析BMS,供你參考。

一、《易經(jīng)》是什么?

《易經(jīng)》是一本經(jīng)典,回答起來(lái)比較困難。大學(xué)者是這樣講的,《易經(jīng)》包羅萬(wàn)象,有64卦,前30卦講天道,后34卦講人道,是人生寶典,遇到困難,查一查《易經(jīng)》一定會(huì)有啟發(fā)。

BMS是最新的技術(shù),《易經(jīng)》有幾千年。《易經(jīng)》與BMS有關(guān)聯(lián)?《易經(jīng)》中哪一個(gè)卦與BMS有關(guān)?肯定地說(shuō),沒(méi)有。但細(xì)想不對(duì),既然是電池管理系統(tǒng),就一定能在《易經(jīng)》中找到啟發(fā)。要讀懂《易經(jīng)》已經(jīng)不容易了,從《易經(jīng)》中找到啟發(fā)?還要用《易經(jīng)》來(lái)解釋《BMS》,不是開(kāi)玩笑吧?

BMS是科學(xué),不可以開(kāi)玩笑。但是用目前科學(xué)的辦法來(lái)解釋BMS,非專業(yè)人士確卻是聽(tīng)不懂,還有許多專業(yè)人士也沒(méi)有聽(tīng)懂,于是不得不裝懂。

如何辦?筆者理解,用不同于科學(xué)方法來(lái)解釋BMS,其目的是什么?主要要能讓非專業(yè)人員能聽(tīng)懂,由不專業(yè)一步一步變成專業(yè),進(jìn)一步用好電池管理系統(tǒng)。

二、電池管理系統(tǒng)(BMS)的“象”是什么?

第一個(gè)問(wèn)題是電池管理系統(tǒng)(BMS)有沒(méi)有“象”?筆者認(rèn)為有,電池管理系統(tǒng)(BMS)的概念,就是“象”。

①動(dòng)力電池單體的外形有圓形(見(jiàn)圖1左)、矩形、扁平形等三種。圓形成組(模組)上面有一塊電路控制板見(jiàn)(圖1右邊)。

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圖1 圓形單體、圓形模組

②在電池成組基礎(chǔ)上再形成電動(dòng)汽車供電系統(tǒng)

電動(dòng)汽車供電系統(tǒng)有一體化(見(jiàn)圖2)和分布式。電動(dòng)乘用車一般是一體化電池系統(tǒng),電動(dòng)公交車一般是分布式電池系統(tǒng)。與電池系統(tǒng)配套的有多塊電路控制板(注意:已經(jīng)封裝)。

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圖2 一體化動(dòng)力電池系統(tǒng)

從上面實(shí)體(硬件)層面,人們得到動(dòng)力電池系統(tǒng)一部分”象“。一體化動(dòng)力電池系統(tǒng)是一個(gè)比較大的”象“;模組是一個(gè)中等級(jí)別的”象“;單體是單元級(jí)別的小”象“。如果提升,”象“是現(xiàn)在的系統(tǒng)概念,即對(duì)應(yīng)小系統(tǒng)、中系統(tǒng)、大系統(tǒng)三基本的系統(tǒng)。

三、電池管理系統(tǒng)(BMS)的“數(shù)”是什么?

①一個(gè)汽車供電系統(tǒng)有多個(gè)模組分系統(tǒng)組成,一個(gè)模組系統(tǒng)有眾多的電池單體組成。具體到車型,有多少模組是確定的,同理有多少電池單體也是確定的。比如,特斯拉電動(dòng)汽車有7000多個(gè)單體電池。

②針對(duì)具體車型,還有一個(gè)大系統(tǒng)級(jí)別的電路控制板,每一個(gè)模組系統(tǒng)有一個(gè)電路控制板。

③每一個(gè)系統(tǒng)都可以細(xì)分單元,這個(gè)單元數(shù)目,也是電池管理系統(tǒng)(BMS)的“數(shù)”。

④細(xì)分目的不同、標(biāo)準(zhǔn)不同,得到的”數(shù)“也是不相同的。

數(shù)來(lái)源有依據(jù),就是數(shù)據(jù)。道理要有數(shù)據(jù)作支撐。要理解電池管理系統(tǒng)(BMS),必須了解其中的數(shù)據(jù)。

四、電池管理系統(tǒng)(BMS)的“氣”是什么?

這里不討論大氣空間的氣體。那討論什么”氣?經(jīng)常說(shuō)某一個(gè)人有“氣質(zhì)”,這里的“質(zhì)”指的是人的身體,”氣“是指人的精神面貌。有“氣質(zhì)”的人,一是身體健康的人,二是其精神面貌也好,二者不可缺。但身體好的人,不一定有氣質(zhì)。

電池管理系統(tǒng)(BMS)管理目的是保障動(dòng)力供電系統(tǒng)要有良好“氣質(zhì)”。這個(gè)質(zhì),是動(dòng)力電池物理質(zhì)量?jī)?yōu)良。但是如何解釋動(dòng)力供電系統(tǒng)的”氣“呢?還是一個(gè)比較困難的事情。

大家都認(rèn)為,特斯拉電池管理系統(tǒng)好,但是好在哪里?又說(shuō)不清楚。筆者理解,其實(shí)是他們對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)運(yùn)行的”氣“管理得比較優(yōu)秀。這個(gè)是不清,看不見(jiàn)的“氣”,才是特斯拉最核心的競(jìng)爭(zhēng)力。

《易經(jīng)》中五行論,即“金、木、水、火、土”(見(jiàn)圖3)。而金、木、水、火、土”是5種物資。但“行”是什么意思?即“行”是運(yùn)動(dòng)的意思。

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圖3 ”金、木、水、火、土”相生、相克關(guān)系

”金、木、水、火、土“是固定的,哪來(lái)運(yùn)動(dòng)呢?彼此之間哪來(lái)的相生、相克的呢?箭頭代表什么?如果是”氣“在運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)有一定方向性、有路徑的。這個(gè)解釋就合理了。”金、木、水、火、土“五行理論,已經(jīng)指導(dǎo)中國(guó)人有幾千年了。說(shuō)明運(yùn)動(dòng)物體、活人一定有”氣“伴隨著。人們理解了”氣“,就可以把控””氣“運(yùn)行方向和運(yùn)動(dòng)軌跡。同理,動(dòng)力電池系統(tǒng)是一個(gè)繁雜的動(dòng)態(tài)的、是運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng),必然也有看不“氣”伴隨著。

五、電池管理系統(tǒng)(BMS)的“氣”的載體是什么?

《易經(jīng)》中五行學(xué)說(shuō),用與人密切相關(guān)的“金、木、水、火、土”5種物質(zhì)特性及彼此作用,表述自然世界的變化規(guī)律性?!皻狻笔强床灰?jiàn)的。同理,要找到電池管理系統(tǒng)(BMS)的“氣”的載體是什么?就可以把握其變化方向和變化軌跡。

1)電池管理系統(tǒng)(BMS)中的三個(gè)變量

電池性能是很復(fù)雜的,不同類型的電池特性亦相差很大。目前專業(yè)里面用SOC、SOP和SOH三個(gè)變量變量來(lái)描述,電池狀態(tài)變化方向和變化軌跡。

①SOC (荷電狀態(tài)): 是BMS中最重要的參數(shù)。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是電池還剩下多少電?告訴駕駛員電動(dòng)汽車還能跑多少里程。其取值范圍為0~1,當(dāng)SOC=0時(shí)表示電池放電完全,當(dāng)SOC=1時(shí)表示電池完全充滿。      

②SOP:是實(shí)時(shí)在線估算電池的每一個(gè)等效阻抗,要估算出下一時(shí)刻這個(gè)電壓急速下降的電芯最大輸出功率以限制電池的使用,從而保護(hù)電池。   

③SOH:簡(jiǎn)單理解為電池的極限容量大小。是電池使用一段時(shí)間后性能參數(shù)與標(biāo)稱參數(shù)的比值,新出廠電池為100%,完全報(bào)廢為0%。

其中,SOC (荷電狀態(tài))是最重要的變量,所以它的精度和魯棒性(也叫糾錯(cuò)能力)極其重要。

2)電池管理系統(tǒng)(BMS)中的三個(gè)變量的值為什么叫估計(jì)值

SOC、SOP和SOH這三個(gè)值,是通過(guò)傳感器測(cè)量后的值,為什么叫估計(jì)值呢?目前技術(shù)水平還是比較低,得到的值誤差太大。世界上5大品牌,電池管理系統(tǒng)(BMS)中的三個(gè)變量的值性能指標(biāo)對(duì)比(見(jiàn)表1)。

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表1  世界上5大品牌性能指標(biāo)對(duì)比

表中是誤差在百分之幾的數(shù)量級(jí),而測(cè)量級(jí)誤差要求千分之幾、萬(wàn)分之幾以內(nèi)。說(shuō)明這個(gè)技術(shù)要求很高,目前技術(shù)手段相對(duì)落后,同時(shí)也說(shuō)明其潛力也很大。世界上5大品牌水平如此,其他品牌的水平一定在這些品牌之下。

3)電池管理系統(tǒng)(BMS)中“管理”是如何體現(xiàn)的?

SOC、SOP和SOH三個(gè)變量還是估計(jì)值,沒(méi)有體現(xiàn)有“管理”功能。電池管理系統(tǒng)必須具備均衡功能,否則電池管理系統(tǒng)(BMS)僅僅是數(shù)據(jù)采集器。單體電池間的均衡,即為單體電池均衡充電,使電池組中各個(gè)電池都達(dá)到均衡一致的狀態(tài)。均衡技術(shù)是目前世界正在致力研究與開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。電池管理系統(tǒng)(BMS)中有:

①被動(dòng)均衡:一般采用電阻放熱的方式將高容量電池“多出的電量”進(jìn)行釋放,從而達(dá)到均衡的目的,電路簡(jiǎn)單可靠,成本較低,但是電池效率也較低。

②主動(dòng)均衡:充電時(shí)將多余電量轉(zhuǎn)移至高容量電芯,放電時(shí)將多余電量轉(zhuǎn)移至低容量電芯,可提高使用效率,但是成本更高,電路復(fù)雜,可靠性低。

目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)主流的BMS廠采用被動(dòng)均衡的居多。

六、電池管理系統(tǒng)(BMS)的“理”是什么?       

高質(zhì)量、高安全的動(dòng)力電池如何判定呢?必須要掌握電池管理系統(tǒng)(BMS)的“理”是什么?如何表現(xiàn)?好的電池管理系統(tǒng)一定要按照ISO26262國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)、開(kāi)發(fā)的。ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的目的是使得人們對(duì)安全相關(guān)功能有一個(gè)更好的理解,并盡可能明確地對(duì)它們進(jìn)行解釋,同時(shí)為避免這些風(fēng)險(xiǎn)提供了可行性的要求和流程。主要是雙V模式(見(jiàn)圖4)。

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圖4  ISO26262提倡雙V開(kāi)發(fā)模式

電池管理系統(tǒng)(BMS)的“理”是嚴(yán)格按照ISO26262國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求研發(fā)、開(kāi)發(fā)的。以上資要求源必須配備到位,流程到位。驗(yàn)證BMS產(chǎn)品是十分困難,檢查廠家按雙V模式有關(guān)規(guī)定,做沒(méi)有做到位,是可以落地的。

看不見(jiàn)的東西,沒(méi)有辦法驗(yàn)證,但是可以驗(yàn)證看到見(jiàn)東西。

來(lái)源:第一電動(dòng)網(wǎng)

作者:雷洪鈞

本文地址:http://autopag.com/kol/64403

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