在新能源汽車(chē)架構(gòu)中，BMS（battery management system）電池管理系統(tǒng)是連接整車(chē)和動(dòng)力電池的重要紐帶，有著動(dòng)力電池的“大腦”之稱(chēng)，其管理、維護(hù)、監(jiān)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(zhǎng)電池使用壽命、幫助電池正常運(yùn)行等作用。

【資料圖】

然而，隨著電氣化浪潮的全面加速，傳統(tǒng)BMS一味通過(guò)增加限制條件，消極應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的電池安全狀況，已難以滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)于續(xù)航里程、駕乘舒適度日益嚴(yán)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(yùn)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(xiàn)對(duì)電池的遠(yuǎn)程監(jiān)控、預(yù)警以及云端到車(chē)端的主動(dòng)干預(yù)，真正實(shí)現(xiàn)“一車(chē)一況”的專(zhuān)屬化管理，極大擴(kuò)展了傳統(tǒng)BMS的能力和邊界。

云端電池的設(shè)計(jì)思路--“未雨綢繆” 提前感知并預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)

圖片來(lái)源：高合汽車(chē)

據(jù)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(shè)計(jì)的電池系統(tǒng)，具體包括：一維電芯安全、二維模組安全、三維電池系統(tǒng)安全、四維結(jié)構(gòu)安全、五維云端電池保護(hù)。

第五維的云端電池保護(hù)是基于高合領(lǐng)先的H-SOA通信架構(gòu)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(hù)城河。

目前，行業(yè)普遍都通過(guò)車(chē)端BMS對(duì)電池包進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)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(yán)重的失效。如何在車(chē)端警告發(fā)出前就能感知風(fēng)險(xiǎn)，甚至根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判下一步的補(bǔ)救措施，成為高合的一大思考。例如，通過(guò)云端預(yù)警功能，車(chē)輛可以在一個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間之前，通過(guò)一些細(xì)微特征發(fā)現(xiàn)電池的異常，即在異常還沒(méi)有演變成對(duì)用戶(hù)的實(shí)質(zhì)性影響前，車(chē)云協(xié)同BMS提前預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)并通知用戶(hù)采取措施，避免往后更嚴(yán)重事故的發(fā)生。

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除了實(shí)現(xiàn)云端監(jiān)控預(yù)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(duì)電芯內(nèi)部的不良影響因素實(shí)時(shí)監(jiān)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(xì)化電池模型

動(dòng)力電池的工作機(jī)理異常復(fù)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(nèi)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(xiàn)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(tǒng)最為核心的優(yōu)勢(shì)就在于其有一個(gè)領(lǐng)先的精細(xì)化電池模型。

該模型基于豐富的電池安全機(jī)理和AI數(shù)據(jù)特征，根據(jù)實(shí)際工況單獨(dú)識(shí)別和管理不同的邊界，這樣一方面可提前識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到提前預(yù)警作用。例如，針對(duì)電芯的內(nèi)短路邊界識(shí)別，電池的大數(shù)據(jù)AI模型可以從海量數(shù)據(jù)中先篩選一致性較差的電芯，對(duì)于這些電芯，電池機(jī)理模型可以快速識(shí)別計(jì)算出電芯內(nèi)部的內(nèi)短路阻值，不同的內(nèi)短路阻值代表不同的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)計(jì)算的內(nèi)短路阻值持續(xù)小于特定閾值邊界時(shí)，電芯則存在較大的內(nèi)短路風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)庫(kù)可以快速自動(dòng)識(shí)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(jì)算資源的情況下，精準(zhǔn)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(yùn)營(yíng)人員處理，7*24守護(hù)電池安全。

另一方面，精細(xì)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(xù)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(dāng)前容量與出廠(chǎng)容量的百分比，用于估算電池健康度）的計(jì)算精度，更精準(zhǔn)的狀態(tài)計(jì)算會(huì)帶來(lái)更好的電池性能體驗(yàn)。以提高功率能力為例，常規(guī)BMS計(jì)算電池功率是使用一個(gè)預(yù)設(shè)的簡(jiǎn)單的功率表格來(lái)覆蓋電池的邊界，而基于精細(xì)化模型計(jì)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(dú)保護(hù)，可實(shí)時(shí)計(jì)算電池最大能力。

可以用個(gè)通俗的例子來(lái)解釋精細(xì)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(jì)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(shù)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(zhǎng)時(shí)間持續(xù)輸出。而通過(guò)精細(xì)的管理相當(dāng)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(nèi)能量最大釋放出來(lái)。

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正是在這一更為精準(zhǔn)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(jī)刷新了金港賽道中國(guó)品牌的新記錄。

圖片來(lái)源：高合汽車(chē)

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(duì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(dāng)車(chē)輛達(dá)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。考慮到駕駛路況和駕駛習(xí)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，意味著一部分用戶(hù)的使用價(jià)值也被限制。

對(duì)比基于里程強(qiáng)制限制SOC的榮休策略，基于精準(zhǔn)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(xù)航里程表現(xiàn)，讓用戶(hù)得到更安全、更充分的續(xù)航體驗(yàn)。

云端電池的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)--軟件自研與車(chē)云協(xié)同架構(gòu)

如文章開(kāi)篇所述，BMS肩負(fù)著監(jiān)控、管理、維護(hù)動(dòng)力電池各個(gè)模塊的重任。在監(jiān)控方面，BMS會(huì)對(duì)所有的電芯進(jìn)行直接監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)一個(gè)處理單元來(lái)計(jì)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(duì)電池包高壓系統(tǒng)的管理和對(duì)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(tǒng)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(shì)密不可分。BMS系統(tǒng)軟件是上述各項(xiàng)核心功能的最終體現(xiàn)，這里面包含大量的電芯數(shù)據(jù)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(jù)介紹，作為車(chē)載嵌入系統(tǒng)，BMS涉及整車(chē)安全，因此對(duì)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)?guó)際認(rèn)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(tǒng)而言，需要滿(mǎn)足ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)，高合BMS也是按照最高安全等級(jí)的要求來(lái)研發(fā)，并實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)應(yīng)用。

常規(guī)的車(chē)端嵌入式 BMS 邏輯相對(duì)比較單一，受算力限制，通常只能使用預(yù)設(shè)的參數(shù)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(gòu)優(yōu)勢(shì)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(jī)地結(jié)合在一起，充分利用云端超強(qiáng)的算力支撐更精細(xì)化的電池管理。

不過(guò)，要實(shí)現(xiàn)二者的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)起來(lái)并不容易。因?yàn)樵贫穗姵氐膽?yīng)用對(duì)汽車(chē)的硬件和架構(gòu)有著極高的要求，而高合恰恰是行業(yè)內(nèi)為數(shù)不多能夠滿(mǎn)足部署條件的車(chē)企之一。據(jù)了解，高合有著領(lǐng)先于行業(yè)的H-SOA架構(gòu)，基于該架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)車(chē)端、云端電池管理的有機(jī)融合。首先，高合將其積累的大數(shù)據(jù)、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(shù)據(jù)處理的邊緣計(jì)算平臺(tái)，可以與云端實(shí)時(shí)互聯(lián)，解析云端下發(fā)的參數(shù)文件，最終由車(chē)端BMS執(zhí)行實(shí)施。

H-SOA架構(gòu)的應(yīng)用打破了原有傳統(tǒng)車(chē)端BMS的功能限制，大大提升了系統(tǒng)對(duì)電池?cái)?shù)據(jù)的處理能力，可以根據(jù)實(shí)際需求在車(chē)端云端各個(gè)層級(jí)部署各類(lèi)算法，可實(shí)現(xiàn)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(yàn)。

圖片來(lái)源：高合汽車(chē)

小結(jié)：

對(duì)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(tái)研發(fā)的全新車(chē)型，也將在電池管理系統(tǒng)方面對(duì)X、Z上的技術(shù)實(shí)現(xiàn)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(jiān)控和預(yù)警，并通過(guò)實(shí)時(shí)在線(xiàn)優(yōu)化的BMS系統(tǒng)，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(yàn)的同時(shí)，也必將成為這一國(guó)產(chǎn)高端品牌的另一道技術(shù)護(hù)城河。

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