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比亚迪bms工作原理
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真正在这一行业做过的人应该都有深入体会，比如说做BMS没有电芯，对电池的参数、结构、性能就没法深入了解。没有pack，整包的热失控、热控制、温度传感器等问题也都不好解决，做到后面整合优势会慢慢的越来越大地发挥出来。
本文为励展博览集团及NE时代于8月28-29日联合主办的 "第二届AWC2019新能源汽车关键元器件技术大会" 演讲嘉宾的现场实录。
演讲嘉宾：冯天宇 比亚迪第二事业部BMS研究部经理演讲主题：高精度高安全性BMS
冯天宇： 大家下午好，我来自比亚迪第二事业部BMS工厂研究部。 比亚迪现在分了好几个事业群，我们处在电池事业群，也就是比亚迪发家的事业群，我们这个事业群做电芯、BMS以及相关保险、电容、光伏、储能等等。
今天主要想跟大家分享一下做到高精度和高安全性BMS需要注意的一些问题。 主要分四个部分，首先给大家介绍一下BMS在新能源汽车里面的重要位置，然后分别从精度和安全性两个角度介绍几个需要考虑的点，最后再跟大家介绍一下比亚迪的BMS。 大家都知道BMS在整车的位置是一个桥梁的作用，把电池包的电化学、电气、机械系统与整车的电子、电气系统沟通起来，所以相当于整车和电池系统的沟通桥梁，对于整个电动汽车的安全性、里程以及用户体验都具有至关重要的作用。
怎么做到高精度呢？ BMS的功能首先一个就是准确地检测到电池系统的状态、参数。 首先涉及到采样，这对于整个BMS的功能以及用户体验来说都是非常重要的。 先说电流，传感器主要有霍尔、分流器等。 电流为什么很重要呢？ 因为除了它对于SOC计算有用以外，对于SOH计算也是非常有用的。SOH计算只能靠电流，所以电流在整个算法里面有着非常大的重要性。第二个就是电压，主要是靠模拟前端来采样。 各大供应商有丰富的产品，电压采样一般都说采样精度，其实采样速度以及和电流采样的同步性，对于计算精度也是非常重要的。 如果采样速度比较慢的话，不仅是SOX的计算精度达不到，还有在功能安全相关的很多要求，包括FTTI故障显示时间，也达不到。 另外一个就是温度，也是用模拟前端采样的，包括传感器的位置。 比亚迪现在也对外开放，也接触到除比亚迪之外的厂商，他们经常对温度的布线位置提出很多想法，比较典型的就是布的传感器位置是不是能采到电池的真实温度，跟真实温度到底差几度，在高温情况下、振动情况下的可靠性能不能保证，布一个还是布两个，一个模组里面有几个传感器等等。 这个问题会涉及到很多方面，包括结构、类型。 温度这一项里面对于温度传感器的位置和种类来说需要仔细的甄别。 这里面也需要做一些热仿真，一些CFD的流体仿真辅助确认哪个地方或者哪个位置适合来布温度传感器。 后面怎么样能够展现给用户最好的体验，或者整个最真实的状态呢？ 这就要靠算法。 前面也有很多同行聊到了算法，比如说扩展卡尔曼等等，其实都属于观测器这一类，还有一些数据驱动的模型。有了观测器还需要有模型，模型最常用的一般就是等效电路模型和电化学模型。等效电路模型就是常说的一阶RC、二阶RC模型。 电化学模型根据近似程度以及物理量的范围，一般可以分为单粒子模型、伪二维模型等等，这其实只是近似程度不一样，使用的物理方程和方法是一样的。
电化学模型的特点就是给一定参数的时候，适用的范围更广一些。 因为物理的现象来说更接近于真实情况，不是一个基于外在特性的模型，是基于真实的电池里面的物理化学反应的模型。 最大的缺点就是需要的参数非常多。 参数的确定就会引来非常多的问题，有些参数是通过实验可以得到的，有些参数通过实验也测不到，这个时候就引来非常多工程性的考虑，计算量也是非常的大，目前在整车上面来说这个模型还没有广泛的应用。
数据驱动模型，赶上了非常火的大数据潮流，所以大家很多问题都可以基于数据来考虑。 我个人理解， BMS属于接近于底层的嵌入式系统，将数据系统整套放在BMS来说整个体积会特别庞大，之后随着BMS芯片的逐步强大，可能会把这个模型通过云端做一些训练，最终在BMS上应用。
有了模型和观测器以后就要做校准的测试。 针对不同的用户需求，当然是更接近用户需求的情况，在这个条件下校正，最终用户体验会越好。 下面这个图是我们最新算法今年冬季实验的最新效果，零度的时候能稳定到2%以内的精度，这是实车测试的。
下面说一下安全性问题。 说到安全性问题，现在最火的就是功能安全了。 其实功能安全之外要考虑另外一个方面，就是鲁棒性，很多功能你要保证不能轻易的进入安全状态，否则用户体验会很差。 如何找到平衡点其实是真正做实际产品时候需要考虑的问题。
功能安全是在全生命周期里面要保证安全相关的功能正常工作，保证人员的安全。 在设计和生产中要防止系统性失效，在运行过程中要控制随机硬件失效，控制系统性故障。 这些对应功能安全里面软、硬件设计。
另外，前一阵发布的《新能源汽车国家监控平台大数据安全监控成果》里面提到了一点，今年5月以来，发生起火事故的新能源汽车中，41%的车辆处在行驶状态，40%的车辆处在静置状态，19%的车辆处在正在充电状态。 这说明60%的起火事故是在车辆运行过程中，40%是在静置状态。 也就是说 即使功能安全做得很好，做到以后的ASIL-E，以后对于大巴可能会有，还是有40%会起火。这个从电池的物化机理来看是有这种可能的，比如受外部温度影响，或者刚快充完了到静置状态等等，尤其是对老电池。 因此，我们要能对起火这种热事件做到快速准确的监测。
诊断和监测分为两部分，上面是系统故障的检测，在发生故障之前防止过温、过压、过流等等。 后面一旦发生起火事件的时候，要能够快速准确的检测上报，不能说在地库烧着都没人知道，也不能说在路上开着车却不知道着火，这是争分夺秒的，也是应对国标新动向，也就是5分钟逃避时间的要求。
故障检测首先要分成几个方面考虑，一个是数据收集，怎么样能够保证事件发生的时候传感器或者控制器不会直接烧掉了？ 直接烧掉了就没办法检测报警了。 获取数据以后就要做数据的预处理、模式的挖掘。 这个图展示的是数据驱动的一套故障模式识别的方法和流程。 最后再针对算的概率值定位出来，给一个诊断地图一样的显示，最后发到整车，做出最终的判断。
下面介绍一下比亚迪的BMS。 比亚迪之前一直对外没有做特别多的开放，也是近两年才开始开放。 比亚迪在全球市场占有率第一，拥有着50万台车的质量保证，开发下来有很多的流程和管控，常见的就是16949、26262。 可能大家经常听到一些AUTOSAR的介绍，这其实是软件层面的架构。 我们最终基于客户做的时候，对于AUTOSAR的版本要求都不一样，所以一定是基于先有这个项目才去做这个东西，整个流程和方法论需要先懂，先吃透，然后真正做的时候再去购买。 这些东西很多掌握在德国供应商那里，更多依赖于芯片的供应商，其实芯片供应商和软件底层供应商他们之间经常合作，会预先开发一些东西，比如MCAL、Safetylib等，这些东西一般都很贵。 刚才刘总也提到了开发一套要1400万以上，AUTOSAR底层的话应该也得有500万以上的。 这一套自主研发难度很大，因为涉及非常多的芯片底层，这要等着国家自己的汽车芯片能够发展起来。 我记得前几天东软发布了NEUSAR，跟AUTOSAR几乎一样的，是中国版本的汽车软件架构。 后面逐步发展的话，我们应该可以逐步甩脱国外软件厂商对于中国汽车自主发展控制。 像奔驰汽车厂商肯定会要求某个版本的AUTOSAR，但是很大一部分的钱都是给了做底层的国外供应商的。
这个图数据来自Web of Science。 在里面搜关键字安全电池管理系统，大概可以分成几个大块，上面绿色的是电池，下面是电池管理系统，右边是性能和热管理。 所以其实大家看到这几个部分也恰好是整个电池系统里面最重要的部分。 这几个方面我们都是有的。 要做到后面对整合能力要求更强，或者说整个电池系统能够达到一个最优的状态。真正在这一行业做过的人应该都有深入体会，比如说做BMS没有电芯，对电池的参数、结构、性能就没法深入了解。没有pack，整包的热失控、热控制、温度传感器等问题也都不好解决，做到后面整合优势会慢慢的越来越大地发挥出来。
谢谢大家，我就讲到这里。
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