在新能源汽車架構中，BMS（battery management system）電池管理系統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。
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然而，隨著電氣化浪潮的全面加速，傳統BMS一味通過增加限制條件，消極應對可能發生的電池安全狀況，已難以滿足用戶對于續航里程、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新提出了云端電池管理技術，將車輛信息通過云端進行傳輸和處理，以實現對電池的遠程監控、預警以及云端到車端的主動干預，真正實現“一車一況”的專屬化管理，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” 提前感知并預測風險
圖片來源：高合汽車
據悉，高合汽車在其第一款車型HiPhi X量產之初，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先的H-SOA通信架構開發，造就了高合在車云協同電池管理領域的全方位護城河。
目前，行業普遍都通過車端BMS對電池包進行實時監控，但是一旦BMS發出警告，基本已到了最后一步，也就是說電池已經發生了比較嚴重的失效。如何在車端警告發出前就能感知風險，甚至根據風險預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現電池的異常，即在異常還沒有演變成對用戶的實質性影響前，車云協同BMS提前預測風險并通知用戶采取措施，避免往后更嚴重事故的發生。
圖片來源：高合汽車
除了實現云端監控預警，高合云端電池車云協同BMS更領先的一點，就是將優化管理進一步前置，做到在早期失效發生前就對電芯內部的不良影響因素實時監控，可主動優化車端策略，在一定程度上抑制電芯的不可逆失效發生，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最為核心的優勢就在于其有一個領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險，當計算的內短路阻值持續小于特定閾值邊界時，電芯則存在較大的內短路風險。同時，基于經驗庫可以快速自動識別出可能發生的原因，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（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（電池當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BMS計算電池功率是使用一個預設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下的長時間持續輸出。而通過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，帶來更多的功率釋放，將其體內能量最大釋放出來。
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。
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不僅如此，基于車云協同的BMS，高合還在不斷優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℃循環工況下，相較標準的充電方式，自動優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，行業有一種比較保守的電池榮休策略，即當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?？紤]到駕駛路況和駕駛習慣，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，可以優化老化后的續航里程表現，讓用戶得到更安全、更充分的續航體驗。
云端電池的實現基礎--軟件自研與車云協同架構
如文章開篇所述，BMS肩負著監控、管理、維護動力電池各個模塊的重任。在監控方面，BMS會對所有的電芯進行直接監控，并在此基礎上通過一個處理單元來計算電池的 SOX狀態，包括SOC荷電狀態、SOP功率能力以及SOH老化狀態等。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品牌，高合汽車在BMS系統中打造的核心能力與其從車端到云端的軟件自研優勢密不可分。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、整車適配通信和控制策略等等，這些并非所有車廠都具備。據介紹，作為車載嵌入系統，BMS涉及整車安全，因此對質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軟件開發模型。同時，作為涉及安全的控制系統而言，需要滿足ISO26262功能安全標準，高合BMS也是按照最高安全等級的要求來研發，并實現了量產應用。
常規的車端嵌入式 BMS 邏輯相對比較單一，受算力限制，通常只能使用預設的參數表，精度、“魯棒性”特別是電芯老化后必然會存在一些偏差。為了解決該行業痛點，高合利用整車架構優勢進一步開發了云端電池，其最大特點就是車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，要實現二者的有機結合，實現起來并不容易。因為云端電池的應用對汽車的硬件和架構有著極高的要求，而高合恰恰是行業內為數不多能夠滿足部署條件的車企之一。據了解，高合有著領先于行業的H-SOA架構，基于該架構可實現車端、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，同時在車端搭建立一套具備一定數據處理的邊緣計算平臺，可以與云端實時互聯，解析云端下發的參數文件，最終由車端BMS執行實施。
H-SOA架構的應用打破了原有傳統車端BMS的功能限制，大大提升了系統對電池數據的處理能力，可以根據實際需求在車端云端各個層級部署各類算法，可實現車云協同閉環控制，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：
對于動力電池而言，BMS的重要性是不言而喻的，以至于行業中有這樣一種說法，“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車云協同BMS解決方案并進行量產的企業并不多。
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的全新車型，也將在電池管理系統方面對X、Z上的技術實現傳承與迭代。相信這一基于領先電池模型，通過全方位監控和預警，并通過實時在線優化的BMS系統，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高端品牌的另一道技術護城河。
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