BMS

用《易经》“象、数、气、理”表示法解析BMS

第一电动大牛作者雷洪钧 2018-03-12 08:25

BMS电池管理系统英文的缩写。但大家对这一概念理解起来还比较困难。一是名称太专业，二是跨专业太多；三是动力电池是物理系统，如何能按“人”的意图管理自己呢？有些玄乎！BMS电池管理系统是突破动力电池这一瓶颈重要措施之一，下面是笔者用《易经》“象、数、气、理”表示法，解析BMS，供你参考。

一、《易经》是什么？

《易经》是一本经典，回答起来比较困难。大学者是这样讲的，《易经》包罗万象，有64卦，前30卦讲天道，后34卦讲人道，是人生宝典，遇到困难，查一查《易经》一定会有启发。

BMS是最新的技术，《易经》有几千年。《易经》与BMS有关联？《易经》中哪一个卦与BMS有关？肯定地说，没有。但细想不对，既然是电池管理系统，就一定能在《易经》中找到启发。要读懂《易经》已经不容易了，从《易经》中找到启发？还要用《易经》来解释《BMS》，不是开玩笑吧？

BMS是科学，不可以开玩笑。但是用目前科学的办法来解释BMS，非专业人士确却是听不懂，还有许多专业人士也没有听懂，于是不得不装懂。

如何办？笔者理解，用不同于科学方法来解释BMS，其目的是什么？主要要能让非专业人员能听懂，由不专业一步一步变成专业，进一步用好电池管理系统。

二、电池管理系统（BMS）的“象”是什么？

第一个问题是电池管理系统（BMS）有没有“象”？笔者认为有，电池管理系统（BMS）的概念，就是“象”。

①动力电池单体的外形有圆形（见图1左）、矩形、扁平形等三种。圆形成组（模组）上面有一块电路控制板见（图1右边）。

图1 圆形单体、圆形模组

②在电池成组基础上再形成电动汽车供电系统

电动汽车供电系统有一体化（见图2）和分布式。电动乘用车一般是一体化电池系统，电动公交车一般是分布式电池系统。与电池系统配套的有多块电路控制板（注意：已经封装）。

图2 一体化动力电池系统

从上面实体（硬件）层面，人们得到动力电池系统一部分”象“。一体化动力电池系统是一个比较大的”象“；模组是一个中等级别的”象“；单体是单元级别的小”象“。如果提升，”象“是现在的系统概念，即对应小系统、中系统、大系统三基本的系统。

三、电池管理系统（BMS）的“数”是什么？

①一个汽车供电系统有多个模组分系统组成，一个模组系统有众多的电池单体组成。具体到车型，有多少模组是确定的，同理有多少电池单体也是确定的。比如，特斯拉电动汽车有7000多个单体电池。

②针对具体车型，还有一个大系统级别的电路控制板，每一个模组系统有一个电路控制板。

③每一个系统都可以细分单元，这个单元数目，也是电池管理系统（BMS）的“数”。

④细分目的不同、标准不同，得到的”数“也是不相同的。

数来源有依据，就是数据。道理要有数据作支撑。要理解电池管理系统（BMS），必须了解其中的数据。

四、电池管理系统（BMS）的“气”是什么？

这里不讨论大气空间的气体。那讨论什么”气？经常说某一个人有“气质”，这里的“质”指的是人的身体，”气“是指人的精神面貌。有“气质”的人，一是身体健康的人，二是其精神面貌也好，二者不可缺。但身体好的人，不一定有气质。

电池管理系统（BMS）管理目的是保障动力供电系统要有良好“气质”。这个质，是动力电池物理质量优良。但是如何解释动力供电系统的”气“呢？还是一个比较困难的事情。

大家都认为，特斯拉电池管理系统好，但是好在哪里？又说不清楚。笔者理解，其实是他们对动力电池系统运行的”气“管理得比较优秀。这个是不清，看不见的“气”，才是特斯拉最核心的竞争力。

《易经》中五行论，即“金、木、水、火、土”（见图3）。而金、木、水、火、土”是5种物资。但“行”是什么意思？即“行”是运动的意思。

图3 ”金、木、水、火、土”相生、相克关系

”金、木、水、火、土“是固定的，哪来运动呢？彼此之间哪来的相生、相克的呢？箭头代表什么？如果是”气“在运动，其运动有一定方向性、有路径的。这个解释就合理了。”金、木、水、火、土“五行理论，已经指导中国人有几千年了。说明运动物体、活人一定有”气“伴随着。人们理解了”气“，就可以把控””气“运行方向和运动轨迹。同理，动力电池系统是一个繁杂的动态的、是运动的系统，必然也有看不“气”伴随着。

五、电池管理系统（BMS）的“气”的载体是什么？

《易经》中五行学说，用与人密切相关的“金、木、水、火、土”5种物质特性及彼此作用，表述自然世界的变化规律性。“气”是看不见的。同理，要找到电池管理系统（BMS）的“气”的载体是什么？就可以把握其变化方向和变化轨迹。

1）电池管理系统（BMS）中的三个变量

电池性能是很复杂的，不同类型的电池特性亦相差很大。目前专业里面用SOC、SOP和SOH三个变量变量来描述，电池状态变化方向和变化轨迹。

①SOC （荷电状态）: 是BMS中最重要的参数。简单的说就是电池还剩下多少电？告诉驾驶员电动汽车还能跑多少里程。其取值范围为0~1，当SOC=0时表示电池放电完全，当SOC=1时表示电池完全充满。

②SOP：是实时在线估算电池的每一个等效阻抗，要估算出下一时刻这个电压急速下降的电芯最大输出功率以限制电池的使用，从而保护电池。

③SOH：简单理解为电池的极限容量大小。是电池使用一段时间后性能参数与标称参数的比值，新出厂电池为100%，完全报废为0%。

其中，SOC （荷电状态）是最重要的变量，所以它的精度和鲁棒性（也叫纠错能力）极其重要。

2）电池管理系统（BMS）中的三个变量的值为什么叫估计值

SOC、SOP和SOH这三个值，是通过传感器测量后的值，为什么叫估计值呢？目前技术水平还是比较低，得到的值误差太大。世界上5大品牌，电池管理系统（BMS）中的三个变量的值性能指标对比（见表1）。

表1 世界上5大品牌性能指标对比

表中是误差在百分之几的数量级，而测量级误差要求千分之几、万分之几以内。说明这个技术要求很高，目前技术手段相对落后，同时也说明其潜力也很大。世界上5大品牌水平如此，其他品牌的水平一定在这些品牌之下。

3)电池管理系统（BMS）中“管理”是如何体现的？

SOC、SOP和SOH三个变量还是估计值，没有体现有“管理”功能。电池管理系统必须具备均衡功能，否则电池管理系统（BMS）仅仅是数据采集器。单体电池间的均衡，即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。电池管理系统（BMS）中有：

①被动均衡：一般采用电阻放热的方式将高容量电池“多出的电量”进行释放，从而达到均衡的目的，电路简单可靠，成本较低，但是电池效率也较低。

②主动均衡：充电时将多余电量转移至高容量电芯，放电时将多余电量转移至低容量电芯，可提高使用效率，但是成本更高，电路复杂，可靠性低。

目前国际、国内主流的BMS厂采用被动均衡的居多。

六、电池管理系统（BMS）的“理”是什么？

高质量、高安全的动力电池如何判定呢？必须要掌握电池管理系统（BMS）的“理”是什么？如何表现？好的电池管理系统一定要按照ISO26262国际标准研发、开发的。ISO 26262标准的目的是使得人们对安全相关功能有一个更好的理解，并尽可能明确地对它们进行解释，同时为避免这些风险提供了可行性的要求和流程。主要是双V模式（见图4）。