9月23日，由张家港市发展和改革委员会、张家港市科技局主办，江苏天鹏电源有限公司、电动汽车资源网承办，江苏华东锂电技术研究院协办，苏州益茂电动客车有限公司、新能源巴士联盟支持的“2016中国新能源汽车动力电池产业技术发展高峰论坛暨车企与动力电池企业技术交流会”（以下简称“动力电池交流会”）精彩继续， 600多位动力电池业内专家、精英人士及主机厂技术人员齐聚一堂，就“重构新能源汽车动力电池产业生态”问题进行深度探讨。今日下午的大会则主要围绕“动力电池安全和梯次利用”主题进行讨论，国家千人计划特聘专家、美国维恩州立大学博士林健先生发表了题为“动力电池系统安全保护发展趋势”的演讲。以下为电动汽车资源网整理林健博士的演讲主要内容：
国家千人计划特聘专家、美国维恩州立大学林健博士
以下是国家千人计划特聘专家、美国维恩州立大学林健博士实时记录：
刚刚两位专家都讲了电池的热失控，我也不是热失控专家，所以我也讲一点不一样的东西。我一个是讲保护电池系统的BMS和SOC和SOP，一般大家谈到保护电池，讲BMS都会说水冷系统温度均匀，电芯之间加保险丝，模组之间加保护，加隔热，还有在电池包里面加灭火剂自动灭火，这些都是看得见的。还有一个看不见，但是也容易想得到的，就是一级、二级、三级OV、UV，过流、过温等等，但是我们看一下，即使有一些防护，我们国产车照样失火。
大家都知道特斯拉很火，都在学特斯拉，里面确实有很多防火的技术，但是特斯拉也照样失火。但是我们看雪佛兰宣布Volt，好像是上个月，在美国的销量超过10万辆，纯电动模式下累计行驶有24亿公里，综合行驶里程高达40亿英里，没有一起失火的事故。王博士刚刚讲了，特斯拉有失火的，但是大家想一想王博士还有一句话，超过5分钟就不算了，王博士第二句话，失火是在碰撞做实验碰撞以后三个星期才失火的，大于等于5分钟，所以那起应该是不算的。
日产电池怎么防止失火的？一个是防控事故，失效安全，还有减小风险，这三个里面最重要的还是防控事故，一般都是讲失效安全和减小风险的，讲谁呢？讲国内的电动汽车创新的发展，他们是以上汽标准来讲的，这个字虽然看不清楚，但是我在屏幕上可以看清楚，基本上也是讲分级、过压、欠压、过流过温保护。这个就比较清楚一点，他讲到了有四级保护，当电流大于650安的时候，350安到1000安8秒钟多少多少保护，这个都是过流保护，想一想也不难。
所有的这些东西讲的都是什么意思？救火，实际上什么最重要呢？防火最重要，我们得需要救火车，消防队也需要，更重要的是我们防止失火，总不希望自己家老失火，老打119吧。我们怎么样防止失火呢？这个东西靠的是BMS。我刚刚说了功能安全有很多加的，电池技术应该怎么样保护功能安全，这些都重要，但是这些都是备而不用的。如果把电池系统比喻成一个人，这个电池本身应该是算电池系统的心脏，BMS应该是大脑；如果是你讲电池系统的安全，不讲BMS的安全，那么你只能算是一个四肢发达头脑简单；如果你只讲BMS，它的功能安全又不讲怎么去思考怎么控制的安全，你只能是“脑残”。
这个是霍金，全身瘫痪，可是他是当代最伟大的物理学家，所以说脑袋聪明最重要，怎么样才能使一个BMS聪明起来呢？我们说硬件、软件都要满足。我们怎么要做到呢？对我们来说，是通过在线实时估算做到这一步的，我们通过这个实时的在线估算，把电池所有的等效参数，比如说内阻、双点层电容、电荷转移电阻、扩散电压等等。
在线估算有什么好处？简化了电池的标定工作，使一致性不太好的电池状态的精确估计成为可能，否则查表查不清楚，大家都知道每个电池参数不一样，不能每个电池都标定，每个电池都查表，那查什么呢？这是第一个。第二个当电池老化以后就没有表可以查了，有人说不对啊，我们现在有一个模型，电池老化了以后，根据我们老化的数据可以把参数全找回来，但是这个还是不靠谱，为什么不靠谱呢？比如说我们中国人的寿命都是75岁，你在他20岁的时候哪里知道能活到75？这个是数十亿人统计出来的，具体某一个人你还是不知道的，所以那个值是不靠谱的。对于电池更是这样，电池的老化是与过程相关的，所以说你在上海和北京开同样的电池同样的车结果都不一样，即使是两个人都在上海开，老化程度也是不一样的。所以说我们能够做到实时在线估算可以省掉很多老化标定的人力物力，而且如果我们做到实时在线估算我们就能够保持电池的精度保持不变，不仅是新电池，老化电池也能不变。现在国内的BMS厂家问他精度多少，他说5%，5%都是指的新电池，没有一个说是老化以后的电池。
磷酸铁锂电池估算绿色的线是积分，蓝色的线是我们算出来的SOC，是一个标准的SOC，也是真正的SOC，红色的线是用算法算出来的SOC，为什么举这个例子？这个例子是因为对于磷酸铁锂来说有两个平台，第一个平台是当SOC占70%-95%区间，电压只变化两个毫伏，还有就是在40%-50%，只变化一个毫伏。如果真正的SOC是90%，有意设定在70%，起始点错了，当电压测量精度都有问题的时候，我们有能力纠错，把正确的SOC找到。我们看在中间这一段，这个SOC大概略大了，正好是在40%-50%之间，但是这个误差小于4%，所以还是可以接受的。
我们为什么需要纠错呢？第一个起点很难控制测不准，如果起点测不准，你又要求充电每次充满，这个要求合理也合理，不合理也不合理，他就是不充满怎么办呢？车就不让他工作了？30毫伏的话，误差有30毫伏，不管VH电压考虑进去，这个误差就大了。
我们看国产的BMS误差到底会有多大？这个是我最近做的一个实验，绿色的线是电流，蓝色的线是安时积分，红色的是我们估算出来的。我们即使把这个电池的流量查的很准，起点也很准，当电流不大的时候，这两个误差几乎没有。但是当电流很大的时候，达到将近的时候，安时积分就出来了，真正的SOC是多少呢？是52.5，我们估算是52.2，误差可以达到18%。为什么说安时积分不靠谱，也不符合ISO26262的功能安全要求。
一个特例说明安时积分法是有问题的，还有就是说我怎么没有见过这样的差？还有一个例子，上个月群里面有人讲，他的车某国企的，在上海SOC从39%直接到路上去了，车子躲到2公里，这个情况和那个情况也是很接近的，这个原因就是SOC一开始就有误差，一直没有调整，突然一调整SOC从29%，39%掉到0。
我们再看看还是刚刚的图，我们把SOC真正点的是在90%，电池的容量削减20%，如果用安时积分法这个误差就太大了，好象是有40%几，如果用我们的算法误差是0.6%。这个例子说明什么问题呢？说明我们这个算法无论是新电池还是旧电池都可以保持进度不变，这个SOH要做很多的实验，估算也不一定很准，如果是不准，容量不准，那么你用安时积分法计算误差这个就大了。
所有的国产BMS都可以通过国家的标准呢？这个是2011年版本，国标说SOC误差少于10%就可以了。但是新版的我看了一下草稿，草稿说现在改成8%了。
这个是国标的工况，国标897，2011版的，三版都是验证SOC的。我们看了国标的都是直线与实际工况相差太远，而且每个工况是90秒，最长的工况是90秒，他说要循环10次，更大的问题在哪里呢？这个国标的工况循环10次以后，SOC变化多少？小于10%，假如说你的SOC起点从工况开始到工况结束你就只报一个数值你也可以过关，整个工况指标9%点几，只要小于10%就可以了，所以国标太容易达到了。
我们知道BMS的核心是哪呢？是估算电池的状况。不仅仅有SOC，还有SOP还有SOH，国标他说这个精度验证第一个没有什么意义，第二个他说验证SOC最好把电放光。那你要是在路上开车的时候，在外面试车的时候你怎么敢把电池放光呢？还回不回来？所以方法全部都是有问题的。然后我们知道在SOC估算里面有很重要的关系，就是OCV和SOC的关系，这个关系是怎么强调重要性？国标都没有提。这个国标和当时在美国做的有什么区别？国标讲的只要测两个点就行，一个80%，一个30%，选一个点。可是刚刚第一个例子讲SOC估算的时候，我们是从顶点一直滑下去，在美国的话是不管PHEV，还是HEV，要求从100%一直放到0，一直保持从100%到0%。这个误差都得要去验证，不是说只要两个点就行了。第二个从工况来说，国标是用手画的直线，当时我们在做的时候大概有40-50个实际的工况，都很容易的算法出错。我们连夜在运转，如果算法改的话连夜运转，第二天要一个一个看，手工的直线一个不要。国标验证的时间只有15分钟，但是我们知道如果从100%放到0%，15分钟是太短了。
我们看一下GM做的实验，GM有北美最大的电池实验室，是2008年某一天我去开会，他们跟我说，你们的算法可能出问题了。我们算出来的SOC是43%，你是蓝颜色的，你的估算是25%，他说是不是出了问题？我问他第一电流怎么样？BMS电流值和SOC的电流值给的结果是一样的，他们把电压表一测出来的电压也是一样的，我说把数据拿给我看一下。我们看他这个实验，SOC变化是从40%放到0，冲了70%几，连续做了7个小时的USO设计，他们停了几个小时放光了，SOC是24.89%，我说这个到最后电池不是放光了吗？怎么还有24%？所以我就把电流的Profile找出来了，底下是261.9伏，这个PACK电压，得到了电极电压，一算差不多就是0了，我说这个电流测量有问题，再一看这个电流，他说这一段电池是静置的，我说这错了，这个实验里面bias还是一样的。
所以说我们再看一下这个Profile，看这个Profile的话，实际上最后的一点是24.89%，这一个SOC实际上应该是0的，什么意思呢？也就是说在实验做完了以后，他这个53.43%的最高点，应该减去最低点，24.89%，如果把那个点一减你就发现，实际上真正的SOC大概应该是28.5%，和我们估算的25.5%小于3%所以我们这个SOC估算对于磷酸铁锂连续7个小时的工况还是可靠的，他们有人说这个实验没有什么意义，一辆车哪能开7个小时呢？但是我们这个实验的意义在于证明了算法有极高的精度和强大的纠错能力，是非常安全可靠的。
下面再谈一谈SOP，一谈到电池保护大家都说一级防护，二级防护，三级防护。我再说一遍防护必不可少的，但是正常情况下是备而不用的，一但用了就说明第一你的算法错了。第二对于车来说，这个车子有可能就立刻在路上停下来了，所以是不能用的。保护电池靠的是什么呢？靠的是SOP，SOP它能够保护你的电池，最大地充电功率是多少，最大的放电功率是多少，这样能够保证你电池永远工作在你设定的范围之内。
这里我讲一个问题，前一些时候有专家在讲，不同情况下电池内阻是变化的，BMS采用固定不变的模型情况下测试肯定是有问题的。还写了一篇文章，“每一种状态和工况所需要的算法都不一样，比如说下坡能量回收，上坡放电，平坦路面持续行驶，以及频繁的起步刹车，整个过程给单体电池电压电流测量带来很大的估算误差，所以说最好是能够有不同的算法，对不同的物理模型，对付不同的物理工况”。这个太麻烦了。路上有成千上万的工况，不能有成千上万的模型或者是算法，我前面举的例子是SOC，用按时法误差很大。曾经有一个德国的主管在我回国以后过来找我，他说这个大电流工况是不是有不同的算法？没有，就这一个算法。我跟前面的专家也讲，一个好的模型能够反应出电池真实完整的动态特性，不是随着工况或者是时间来变的，一个好的算法应该有高精度，高有效性，而不是工况随着时间或者是老化变的。
还是举这个例子，有大电流有小电流，工况很复杂，甚至我们到农村路上也开过，高速上也开过。这个上面是一条绿线是我们估算出来的OCP，蓝色是我们测量出来的电压，白色框的地方，我们把那一段线zoomedin，这条线最低电压是3.65伏。
如果算法是工作的话，对于任意一个给定的最低电压都应该是Vfloot。下面的这个线，绿线是2秒钟的最大放电功率，蓝色线和紫红色的线是10秒和30秒的最大放电功率，这个横线是我们真实的电压×电流，也就是功率。在这个底下1秒，2秒正好tooth了2秒钟的底线，接下来一共有40秒钟，这40秒钟始终和我们预设的最大的放电功率是一致的，也就是说我们是可以精确地算出放电功率的。而这个算法只有一个模型，没有两个模型，只有一个算法没有两个算法。
还有一个Verification是新电池和旧电池的区别，这个电池老化以前和衰减20%以后，这个SOP估算到底怎么走？这里可以看出来，3.0伏，实际上这个电池最低电压是2.7V，离2.7V还有31%的差，把这个功率×31%的话，是很接近91千瓦的功率。对于老化以后的电池，3.08V，因为还有一个限制，最大电流不能超过316安，所以说这个正好是限制住了，所以正好也在30秒的范围之内。
然后再看这个电压，到了2.744V，离2.7V的就差一点，这个功率达到了94千瓦，这个地方是99千瓦也很接近了，说明我们这个SOP的估算无论是对于新电池还是旧电池都是很精确的。
就讲到这里吧，谢谢大家！
