在新能源汽車架構(gòu)中，BMS（battery management system）電池管理系統(tǒng)是連接整車和動力電池的重要紐帶，有著動力電池的“大腦”之稱，其管理、維護、監(jiān)控動力電池的各個模塊，起到防止電池過充過放電、延長電池使用壽命、幫助電池正常運行等作用。

然而，隨著電氣化浪潮的全面加速，傳統(tǒng)BMS一味通過增加限制條件，消極應(yīng)對可能發(fā)生的電池安全狀況，已難以滿足用戶對于續(xù)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，真正無憂享受電動汽車的價值，成為了電動汽車動力方面的全新命題。

在此方面，華人運通旗下高合汽車創(chuàng)新提出了云端電池管理技術(shù)，將車輛信息通過云端進行傳輸和處理，以實現(xiàn)對電池的遠程監(jiān)控、預(yù)警以及云端到車端的主動干預(yù)，真正實現(xiàn)“一車一況”的專屬化管理，極大擴展了傳統(tǒng)BMS的能力和邊界。

【資料圖】

云端電池的設(shè)計思路--“未雨綢繆” 提前感知并預(yù)測風(fēng)險

圖片來源：高合汽車

據(jù)悉，高合汽車在其第一款車型HiPhi X量產(chǎn)之初，就引入了“五維”安全設(shè)計的電池系統(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。

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(gòu)開發(fā)，造就了高合在車云協(xié)同電池管理領(lǐng)域的全方位護城河。

目前，行業(yè)普遍都通過車端BMS對電池包進行實時監(jiān)控，但是一旦BMS發(fā)出警告，基本已到了最后一步，也就是說電池已經(jīng)發(fā)生了比較嚴重的失效。如何在車端警告發(fā)出前就能感知風(fēng)險，甚至根據(jù)風(fēng)險預(yù)判下一步的補救措施，成為高合的一大思考。例如，通過云端預(yù)警功能，車輛可以在一個月甚至更長時間之前，通過一些細微特征發(fā)現(xiàn)電池的異常，即在異常還沒有演變成對用戶的實質(zhì)性影響前，車云協(xié)同BMS提前預(yù)測風(fēng)險并通知用戶采取措施，避免往后更嚴重事故的發(fā)生。

圖片來源：高合汽車

除了實現(xiàn)云端監(jiān)控預(yù)警，高合云端電池車云協(xié)同BMS更領(lǐng)先的一點，就是將優(yōu)化管理進一步前置，做到在早期失效發(fā)生前就對電芯內(nèi)部的不良影響因素實時監(jiān)控，可主動優(yōu)化車端策略，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。

圖片來源：高合汽車

云端電池的奧秘--精細化電池模型

動力電池的工作機理異常復(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，同時每個電芯本身也是有差異的，工藝控制得再好都會有一致性的問題。若通過一個簡單的模型來覆蓋住所有的邊界，那表現(xiàn)出來的就是一個很保守、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)勢就在于其有一個領(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(shù)據(jù)特征，根據(jù)實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(yù)警作用。例如，針對電芯的內(nèi)短路邊界識別，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，對于這些電芯，電池機理模型可以快速識別計算出電芯內(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，當(dāng)計算的內(nèi)短路阻值持續(xù)小于特定閾值邊界時，電芯則存在較大的內(nèi)短路風(fēng)險。同時，基于經(jīng)驗庫可以快速自動識別出可能發(fā)生的原因，也就是說兩種電池模型融合，可以在占用少量計算資源的情況下，精準高效快速定位問題原因，并自動診斷生成解決方案建議，方便運營人員處理，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(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)計算會帶來更好的電池性能體驗。以提高功率能力為例，常規(guī)BMS計算電池功率是使用一個預(yù)設(shè)的簡單的功率表格來覆蓋電池的邊界，而基于精細化模型計算電池則將電池的每一個邊界進行拆分，利用第一性原理，每個邊界單獨保護，可實時計算電池最大能力。

可以用個通俗的例子來解釋精細化電池模型。將電池的最大真實能力比作為一個瓶子，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，也就無法支持電池在高功率狀態(tài)下的長時間持續(xù)輸出。而通過精細的管理相當(dāng)于把球變小，這樣瓶子里可以裝下更多的球，帶來更多的功率釋放，將其體內(nèi)能量最大釋放出來。

圖片來源：高合汽車

正是在這一更為精準的BMS算法助力下，今年2月，高合第二款車型HiPhi Z在北京金港賽道以1分16秒719的單圈成績刷新了金港賽道中國品牌的新記錄。

圖片來源：高合汽車

不僅如此，基于車云協(xié)同的BMS，高合還在不斷優(yōu)化其對整個動力電池全生命周期的管理。

在充電方面，通過云端計算充電曲線，更符合電芯真實特性，可以抑制電芯析鋰和老化，延緩電芯衰減，同時，在常溫25℃循環(huán)工況下，相較標(biāo)準的充電方式，自動優(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)車輛達到一定行駛里程后，BMS會限制充電上限來確保安全，而這種一刀切式的做法并未實際反映電池的基本特性。考慮到駕駛路況和駕駛習(xí)慣，一輛開了10 萬公里的車很有可能比一輛開了5萬公里的車的電池衰減幅度要小，如果直接限制充電上限，意味著一部分用戶的使用價值也被限制。

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際衰減特性，可以優(yōu)化老化后的續(xù)航里程表現(xiàn)，讓用戶得到更安全、更充分的續(xù)航體驗。

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

如文章開篇所述，BMS肩負著監(jiān)控、管理、維護動力電池各個模塊的重任。在監(jiān)控方面，BMS會對所有的電芯進行直接監(jiān)控，并在此基礎(chǔ)上通過一個處理單元來計算電池的 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(tǒng)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品牌，高合汽車在BMS系統(tǒng)中打造的核心能力與其從車端到云端的軟件自研優(yōu)勢密不可分。BMS系統(tǒng)軟件是上述各項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、整車適配通信和控制策略等等，這些并非所有車廠都具備。據(jù)介紹，作為車載嵌入系統(tǒng)，BMS涉及整車安全，因此對質(zhì)量可靠性要求特別高。高合汽車的做法是采用一套完整的且受國際認可的ASPICE軟件開發(fā)模型。同時，作為涉及安全的控制系統(tǒng)而言，需要滿足ISO26262功能安全標(biāo)準，高合BMS也是按照最高安全等級的要求來研發(fā)，并實現(xiàn)了量產(chǎn)應(yīng)用。

常規(guī)的車端嵌入式 BMS 邏輯相對比較單一，受算力限制，通常只能使用預(yù)設(shè)的參數(shù)表，精度、“魯棒性”特別是電芯老化后必然會存在一些偏差。為了解決該行業(yè)痛點，高合利用整車架構(gòu)優(yōu)勢進一步開發(fā)了云端電池，其最大特點就是車端跟云端有機地結(jié)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，要實現(xiàn)二者的有機結(jié)合，實現(xiàn)起來并不容易。因為云端電池的應(yīng)用對汽車的硬件和架構(gòu)有著極高的要求，而高合恰恰是行業(yè)內(nèi)為數(shù)不多能夠滿足部署條件的車企之一。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)可實現(xiàn)車端、云端電池管理的有機融合。首先，高合將其積累的大數(shù)據(jù)、算法模型等部署在云端，同時在車端搭建立一套具備一定數(shù)據(jù)處理的邊緣計算平臺，可以與云端實時互聯(lián)，解析云端下發(fā)的參數(shù)文件，最終由車端BMS執(zhí)行實施。

H-SOA架構(gòu)的應(yīng)用打破了原有傳統(tǒng)車端BMS的功能限制，大大提升了系統(tǒng)對電池數(shù)據(jù)的處理能力，可以根據(jù)實際需求在車端云端各個層級部署各類算法，可實現(xiàn)車云協(xié)同閉環(huán)控制，做到“一車一況”的電池專屬化管理，提升用戶體驗。

圖片來源：高合汽車

小結(jié)：

對于動力電池而言，BMS的重要性是不言而喻的，以至于行業(yè)中有這樣一種說法，“沒有BMS的動力電池，就像一具沒有靈魂的軀殼”。目前，動力電池廠、整車廠以及第三方BMS企業(yè)三方紛紛在這一“靈魂”部件上傾注心血，但整體來看，像高合汽車一樣自主研發(fā)車云協(xié)同BMS解決方案并進行量產(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)的全新車型，也將在電池管理系統(tǒng)方面對X、Z上的技術(shù)實現(xiàn)傳承與迭代。相信這一基于領(lǐng)先電池模型，通過全方位監(jiān)控和預(yù)警，并通過實時在線優(yōu)化的BMS系統(tǒng)，在有效地覆蓋電池全生命周期安全、給用戶帶來更多價值體驗的同時，也必將成為這一國產(chǎn)高端品牌的另一道技術(shù)護城河。