電池智慧大腦是怎么煉成的

　　如果把電芯比作人體的心臟，模組和電池包比作強(qiáng)健的體魄，那么整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)要平穩(wěn)運(yùn)行，還需要一個(gè)支配身體的智慧大腦，那就是BMS。

　　電池管理系統(tǒng)（BatteryManagementSystem，簡(jiǎn)稱BMS）是連接電池和電動(dòng)汽車(chē)的重要紐帶，其精準(zhǔn)的控制和管理為電池的完美應(yīng)用保駕護(hù)航。

　　“龍生九子，各有不同”。即使同一批次生產(chǎn)的兩個(gè)單體電芯，因生產(chǎn)工藝誤差、使用環(huán)境差異等，其性能也不可能完全一致；在使用過(guò)程中這種不一致性會(huì)逐漸擴(kuò)大，可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放和局部過(guò)熱的危險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)影響到電池組的使用壽命和安全。

　　這時(shí)就需要BMS大顯身手。

　　那么問(wèn)題來(lái)了，BMS主要做什么？

　　關(guān)于BMS的功能，行業(yè)內(nèi)關(guān)于其分類(lèi)方式不盡相同。不過(guò)從用戶的角度來(lái)理解，可大致劃分為兩大功能——“電池體檢”和“安全衛(wèi)士”。

　　即時(shí)體檢

　　精準(zhǔn)掌握電池狀態(tài)

　　即時(shí)“體檢”，指的是電池?cái)?shù)據(jù)采集和狀態(tài)評(píng)估。

　　數(shù)據(jù)采集，可簡(jiǎn)單理解為給電池做例行的“體檢”；在充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集電池組中每塊電池的端電壓、溫度、充放電電流及總電壓，防止電池發(fā)生過(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。

　　這種“體檢”是在線的、持續(xù)的、不間斷的。過(guò)程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，可及時(shí)查詢對(duì)應(yīng)電池狀況，并挑選出有問(wèn)題的電池，從而保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性。

　　工程師在采集數(shù)據(jù)，觀測(cè)車(chē)輛在充電狀態(tài)下的電流、電壓、SOC的變化

　　寧德時(shí)代掌握業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的高精度測(cè)量技術(shù)，總流總壓精度可達(dá)千分之五；采樣數(shù)據(jù)精度很高，通過(guò)實(shí)時(shí)了解電池真實(shí)工作狀態(tài)，及時(shí)做出判斷與修正。

　　“體檢”結(jié)束之后，會(huì)進(jìn)入分析、診斷、計(jì)算的階段，之后生成“體檢報(bào)告”，這個(gè)過(guò)程可以理解為電池的狀態(tài)評(píng)估。

　　這時(shí)，我們需要了解一個(gè)行業(yè)的常用術(shù)語(yǔ)——SOC。

　　何為SOC？

　　電池組的荷電狀態(tài)(StateofCharge，即SOC)，即電池剩余電量。SOC是判斷電池過(guò)充及過(guò)放等一系列故障的基礎(chǔ)，精確的估算SOC，可防止電池過(guò)充和過(guò)放，延長(zhǎng)電池的使用壽命，從而提高電池的利用率。

　　其實(shí)，除了SOC估算，還有SOH（StateofHealth），SOP（StateofPower），用戶可通過(guò)車(chē)上儀表顯示，看到這些數(shù)據(jù)，從而確認(rèn)電池的工作、功能狀態(tài)。據(jù)此，在保護(hù)電池的基礎(chǔ)上，將潛力發(fā)揮最大化，大大提升駕乘體驗(yàn)。

　　因此SOC等數(shù)據(jù)估算的準(zhǔn)確與否，就顯得特別重要。估算不準(zhǔn)帶來(lái)的后果，有可能是汽車(chē)拋錨、與預(yù)期的行駛里程數(shù)不符等。

　　車(chē)輛正在進(jìn)行快充實(shí)驗(yàn)時(shí)，SOC顯示52%

　　舉個(gè)例子，滿電情況下續(xù)航里程為400公里的車(chē)輛在道路行駛。若估算準(zhǔn)確，當(dāng)SOC顯示為10%時(shí)，還可能行駛的里程是40公里；若估算不準(zhǔn)，SOC達(dá)到15%，則用戶以為的里程為60公里，事實(shí)上可能在行駛40公里之后，就已經(jīng)沒(méi)電了。很顯然，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，這樣的情況很糟糕。

　　關(guān)于電池狀態(tài)的估算，需要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的計(jì)算。寧德時(shí)代掌握了精確的核心算法，通過(guò)基于電池參數(shù)的估算方法，有效消除累積誤差的影響，估算更精確。NCM估算精確度在3%，LFP在5%左右。

　　“安全衛(wèi)士”

　　保護(hù)電池及人身安全

　　BMS還有另一大核心功能，就是“安全衛(wèi)士”。其實(shí)就是保護(hù)的作用，這包括電池的自我保護(hù)和人身安全的保護(hù)。

　　眾所周知，電池過(guò)充、過(guò)放會(huì)帶來(lái)局部過(guò)熱，影響電池壽命不說(shuō)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)威脅到電池組的安全，進(jìn)而引發(fā)人身安全隱患。這時(shí)，BMS的“充放電管理”模塊就開(kāi)啟了保護(hù)職能，一方面與整車(chē)、充電機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊，另一方面實(shí)時(shí)提供電池狀態(tài)，便于及時(shí)發(fā)出指令控制，有效防止高充、低放的發(fā)生。

　　在保護(hù)電池的模塊，均衡也是很重要的一環(huán)，是保護(hù)并提升電池壽命的必要手段。另外，電池的保護(hù)還包括過(guò)壓、欠壓、過(guò)溫、過(guò)流等的保護(hù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，當(dāng)實(shí)際參數(shù)高于或低于某約定值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)做出判斷，并采取斷開(kāi)、預(yù)充等方式保護(hù)電池安全。

　　在人身安全方面，BMS通過(guò)高壓控制的手段來(lái)保護(hù)。電池高壓可達(dá)300-500V，遠(yuǎn)超人體安全電壓36V，風(fēng)險(xiǎn)隱患極大，必須做好高壓控制，最常見(jiàn)的就是繼電器、高壓互鎖、絕緣防護(hù)。周全的高壓防護(hù)控制，可有效保護(hù)司機(jī)、乘客和維護(hù)人員的人身安全。

　　提到安全，就不得不提功能安全了。寧德時(shí)代始終以做世界第一安全電池為發(fā)展目標(biāo)，是業(yè)內(nèi)率先進(jìn)入功能安全領(lǐng)域，同時(shí)最為完善的電池企業(yè)。

　　在整個(gè)平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，BMS嚴(yán)格遵守并滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO26262，項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)豐富，先后在寶馬、大眾及PSA項(xiàng)目中進(jìn)行了功能安全管理及開(kāi)發(fā)；功能安全逐步形成寧德時(shí)代的代差優(yōu)勢(shì)，也獲得了更多國(guó)內(nèi)外整車(chē)廠的認(rèn)可。

　　在設(shè)計(jì)階段，寧德時(shí)代力求實(shí)現(xiàn)ASIL：D級(jí)別目標(biāo)。如何理解？

　　ISO26262標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)程度，劃分由A到D的安全需求等級(jí)（AutomotiveSafetyIntegrityLevel，ASIL），其中D級(jí)為最高等級(jí)，需要最苛刻的安全需求。等級(jí)越高，對(duì)系統(tǒng)的安全性要求越高，為實(shí)現(xiàn)安全付出的代價(jià)越高，意味著硬件的診斷覆蓋率越高，開(kāi)發(fā)流程越嚴(yán)格，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)成本增加、開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)，技術(shù)要求越嚴(yán)格。