在新能源汽車(chē)架構中，BMS（battery management system）電池管理系統是連接整車(chē)和動(dòng)力電池的重要紐帶，有著(zhù)動(dòng)力電池的“大腦”之稱(chēng)，其管理、維護、監控動(dòng)力電池的各個(gè)模塊，起到防止電池過(guò)充過(guò)放電、延長(cháng)電池使用壽命、幫助電池正常運行等作用。
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然而，隨著(zhù)電氣化浪潮的全面加速，傳統BMS一味通過(guò)增加限制條件，消極應對可能發(fā)生的電池安全狀況，已難以滿(mǎn)足用戶(hù)對于續航里程、駕乘舒適度日益嚴苛的需求。如何在確保安全的前提下，充分發(fā)揮電池效能，真正無(wú)憂(yōu)享受電動(dòng)汽車(chē)的價(jià)值，成為了電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力方面的全新命題。
在此方面，華人運通旗下高合汽車(chē)創(chuàng )新提出了云端電池管理技術(shù)，將車(chē)輛信息通過(guò)云端進(jìn)行傳輸和處理，以實(shí)現對電池的遠程監控、預警以及云端到車(chē)端的主動(dòng)干預，真正實(shí)現“一車(chē)一況”的專(zhuān)屬化管理，極大擴展了傳統BMS的能力和邊界。
云端電池的設計思路--“未雨綢繆” 提前感知并預測風(fēng)險
圖片來(lái)源：高合汽車(chē)
據悉，高合汽車(chē)在其第一款車(chē)型HiPhi X量產(chǎn)之初，就引入了“五維”安全設計的電池系統，具體包括：一維電芯安全、二維模組安全、三維電池系統安全、四維結構安全、五維云端電池保護。
第五維的云端電池保護是基于高合領(lǐng)先的H-SOA通信架構開(kāi)發(fā)，造就了高合在車(chē)云協(xié)同電池管理領(lǐng)域的全方位護城河。
目前，行業(yè)普遍都通過(guò)車(chē)端BMS對電池包進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，但是一旦BMS發(fā)出警告，基本已到了最后一步，也就是說(shuō)電池已經(jīng)發(fā)生了比較嚴重的失效。如何在車(chē)端警告發(fā)出前就能感知風(fēng)險，甚至根據風(fēng)險預判下一步的補救措施，成為高合的一大思考。例如，通過(guò)云端預警功能，車(chē)輛可以在一個(gè)月甚至更長(cháng)時(shí)間之前，通過(guò)一些細微特征發(fā)現電池的異常，即在異常還沒(méi)有演變成對用戶(hù)的實(shí)質(zhì)性影響前，車(chē)云協(xié)同BMS提前預測風(fēng)險并通知用戶(hù)采取措施，避免往后更嚴重事故的發(fā)生。
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除了實(shí)現云端監控預警，高合云端電池車(chē)云協(xié)同BMS更領(lǐng)先的一點(diǎn)，就是將優(yōu)化管理進(jìn)一步前置，做到在早期失效發(fā)生前就對電芯內部的不良影響因素實(shí)時(shí)監控，可主動(dòng)優(yōu)化車(chē)端策略，在一定程度上抑制電芯的不可逆失效發(fā)生，有效提升電池的使用壽命。
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云端電池的奧秘--精細化電池模型
動(dòng)力電池的工作機理異常復雜，因此其控制策略需要考慮多種邊界，比如溫度邊界、電壓邊界、析鋰邊界、內部阻抗邊界，電氣件邊界等等，同時(shí)每個(gè)電芯本身也是有差異的，工藝控制得再好都會(huì )有一致性的問(wèn)題。若通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的模型來(lái)覆蓋住所有的邊界，那表現出來(lái)的就是一個(gè)很保守、很粗糙的電池管理策略。而高合自研云端電池系統最為核心的優(yōu)勢就在于其有一個(gè)領(lǐng)先的精細化電池模型。
該模型基于豐富的電池安全機理和AI數據特征，根據實(shí)際工況單獨識別和管理不同的邊界，這樣一方面可提前識別風(fēng)險，達到提前預警作用。例如，針對電芯的內短路邊界識別，電池的大數據AI模型可以從海量數據中先篩選一致性較差的電芯，對于這些電芯，電池機理模型可以快速識別計算出電芯內部的內短路阻值，不同的內短路阻值代表不同的風(fēng)險，當計算的內短路阻值持續小于特定閾值邊界時(shí)，電芯則存在較大的內短路風(fēng)險。同時(shí)，基于經(jīng)驗庫可以快速自動(dòng)識別出可能發(fā)生的原因，也就是說(shuō)兩種電池模型融合，可以在占用少量計算資源的情況下，精準高效快速定位問(wèn)題原因，并自動(dòng)診斷生成解決方案建議，方便運營(yíng)人員處理，7*24守護電池安全。
另一方面，精細化電池模型還可以提高電池SOC荷電狀態(tài)（電池剩余電量百分比，用于估算剩余續航）、SOP功率能力（用于表征電池輸出功率大小的能力）、SOH老化狀態(tài)（電池當前容量與出廠(chǎng)容量的百分比，用于估算電池健康度）的計算精度，更精準的狀態(tài)計算會(huì )帶來(lái)更好的電池性能體驗。以提高功率能力為例，常規BMS計算電池功率是使用一個(gè)預設的簡(jiǎn)單的功率表格來(lái)覆蓋電池的邊界，而基于精細化模型計算電池則將電池的每一個(gè)邊界進(jìn)行拆分，利用第一性原理，每個(gè)邊界單獨保護，可實(shí)時(shí)計算電池最大能力。
可以用個(gè)通俗的例子來(lái)解釋精細化電池模型。將電池的最大真實(shí)能力比作為一個(gè)瓶子，里面裝的球代表算法計算可以釋放的能力（考慮到邊界，球不能超出瓶子），球越大能放進(jìn)去的數量越少，剩余的空間越大，代表釋放的能量越少，也就無(wú)法支持電池在高功率狀態(tài)下的長(cháng)時(shí)間持續輸出。而通過(guò)精細的管理相當于把球變小，這樣瓶子里可以裝下更多的球，帶來(lái)更多的功率釋放，將其體內能量最大釋放出來(lái)。
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正是在這一更為精準的BMS算法助力下，今年2月，高合第二款車(chē)型HiPhi Z在北京金港賽道以1分16秒719的單圈成績(jì)刷新了金港賽道中國品牌的新記錄。
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不僅如此，基于車(chē)云協(xié)同的BMS，高合還在不斷優(yōu)化其對整個(gè)動(dòng)力電池全生命周期的管理。
在充電方面，通過(guò)云端計算充電曲線(xiàn)，更符合電芯真實(shí)特性，可以抑制電芯析鋰和老化，延緩電芯衰減，同時(shí)，在常溫25℃循環(huán)工況下，相較標準的充電方式，自動(dòng)優(yōu)化控制策略的云端充電可以少10%到20%的衰減。
另值得一提的是，考慮到衰減性，行業(yè)有一種比較保守的電池榮休策略，即當車(chē)輛達到一定行駛里程后，BMS會(huì )限制充電上限來(lái)確保安全，而這種一刀切式的做法并未實(shí)際反映電池的基本特性?？紤]到駕駛路況和駕駛習慣，一輛開(kāi)了10 萬(wàn)公里的車(chē)很有可能比一輛開(kāi)了5萬(wàn)公里的車(chē)的電池衰減幅度要小，如果直接限制充電上限，意味著(zhù)一部分用戶(hù)的使用價(jià)值也被限制。
對比基于里程強制限制SOC的榮休策略，基于精準SOH策略的云端電池更符合電芯實(shí)際衰減特性，可以?xún)?yōu)化老化后的續航里程表現，讓用戶(hù)得到更安全、更充分的續航體驗。
云端電池的實(shí)現基礎--軟件自研與車(chē)云協(xié)同架構
如文章開(kāi)篇所述，BMS肩負著(zhù)監控、管理、維護動(dòng)力電池各個(gè)模塊的重任。在監控方面，BMS會(huì )對所有的電芯進(jìn)行直接監控，并在此基礎上通過(guò)一個(gè)處理單元來(lái)計算電池的 SOX狀態(tài)，包括SOC荷電狀態(tài)、SOP功率能力以及SOH老化狀態(tài)等。在管理方面，BMS主要是對電池包高壓系統的管理和對電池充放電能量的管理。
作為一家定位為豪華智能的純電汽車(chē)品牌，高合汽車(chē)在BMS系統中打造的核心能力與其從車(chē)端到云端的軟件自研優(yōu)勢密不可分。BMS系統軟件是上述各項核心功能的最終體現，這里面包含大量的電芯數據處理、核心算法、整車(chē)適配通信和控制策略等等，這些并非所有車(chē)廠(chǎng)都具備。據介紹，作為車(chē)載嵌入系統，BMS涉及整車(chē)安全，因此對質(zhì)量可靠性要求特別高。高合汽車(chē)的做法是采用一套完整的且受?chē)H認可的ASPICE軟件開(kāi)發(fā)模型。同時(shí)，作為涉及安全的控制系統而言，需要滿(mǎn)足ISO26262功能安全標準，高合BMS也是按照最高安全等級的要求來(lái)研發(fā)，并實(shí)現了量產(chǎn)應用。
常規的車(chē)端嵌入式 BMS 邏輯相對比較單一，受算力限制，通常只能使用預設的參數表，精度、“魯棒性”特別是電芯老化后必然會(huì )存在一些偏差。為了解決該行業(yè)痛點(diǎn)，高合利用整車(chē)架構優(yōu)勢進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了云端電池，其最大特點(diǎn)就是車(chē)端跟云端有機地結合在一起，充分利用云端超強的算力支撐更精細化的電池管理。
不過(guò)，要實(shí)現二者的有機結合，實(shí)現起來(lái)并不容易。因為云端電池的應用對汽車(chē)的硬件和架構有著(zhù)極高的要求，而高合恰恰是行業(yè)內為數不多能夠滿(mǎn)足部署條件的車(chē)企之一。據了解，高合有著(zhù)領(lǐng)先于行業(yè)的H-SOA架構，基于該架構可實(shí)現車(chē)端、云端電池管理的有機融合。首先，高合將其積累的大數據、算法模型等部署在云端，同時(shí)在車(chē)端搭建立一套具備一定數據處理的邊緣計算平臺，可以與云端實(shí)時(shí)互聯(lián)，解析云端下發(fā)的參數文件，最終由車(chē)端BMS執行實(shí)施。
H-SOA架構的應用打破了原有傳統車(chē)端BMS的功能限制，大大提升了系統對電池數據的處理能力，可以根據實(shí)際需求在車(chē)端云端各個(gè)層級部署各類(lèi)算法，可實(shí)現車(chē)云協(xié)同閉環(huán)控制，做到“一車(chē)一況”的電池專(zhuān)屬化管理，提升用戶(hù)體驗。
圖片來(lái)源：高合汽車(chē)
小結：
對于動(dòng)力電池而言，BMS的重要性是不言而喻的，以至于行業(yè)中有這樣一種說(shuō)法，“沒(méi)有BMS的動(dòng)力電池，就像一具沒(méi)有靈魂的軀殼”。目前，動(dòng)力電池廠(chǎng)、整車(chē)廠(chǎng)以及第三方BMS企業(yè)三方紛紛在這一“靈魂”部件上傾注心血，但整體來(lái)看，像高合汽車(chē)一樣自主研發(fā)車(chē)云協(xié)同BMS解決方案并進(jìn)行量產(chǎn)的企業(yè)并不多。
眼下，HiPhi Y即將于7月15日上市，這款與X、Z基于同一自研平臺研發(fā)的全新車(chē)型，也將在電池管理系統方面對X、Z上的技術(shù)實(shí)現傳承與迭代。相信這一基于領(lǐng)先電池模型，通過(guò)全方位監控和預警，并通過(guò)實(shí)時(shí)在線(xiàn)優(yōu)化的BMS系統，在有效地覆蓋電池全生命周期安全、給用戶(hù)帶來(lái)更多價(jià)值體驗的同時(shí)，也必將成為這一國產(chǎn)高端品牌的另一道技術(shù)護城河。
標簽：
營(yíng)業(yè)執照公示信息
