芝能智芯出品最近我們參加了寧德時(shí)代的電池管理系統(tǒng)的技術(shù)交流會(huì)。
現(xiàn)在大家越來(lái)越認(rèn)識(shí)到，電池本身只負(fù)責(zé)儲(chǔ)能和放能，真正決定這塊電池“怎么用、用得安不安全、用得久不久”的，是電池管理系統(tǒng)在背后持續(xù)不斷地判斷和控制。
通過(guò)實(shí)時(shí)采集電池包里每一顆電芯的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù)，把這些原始信號(hào)與電化學(xué)、熱力學(xué)、電子電氣等模型結(jié)合起來(lái)，轉(zhuǎn)化為可被整車(chē)?yán)斫夂蛨?zhí)行的狀態(tài)信息，并據(jù)此精細(xì)控制充放電過(guò)程，在安全邊界內(nèi)盡可能釋放性能。這里面的學(xué)問(wèn)是很深的。
電池管理系統(tǒng)BMS在新能源車(chē)上的重要性，包含性能、安全層面和壽命管理方面。
◎ 要防止過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱等風(fēng)險(xiǎn)；
◎ 壽命層面，通過(guò)合理的充放電策略，減緩電池衰減；
◎ 性能層面，還要在不同溫度、不同電量、不同工況下，讓電池盡量保持穩(wěn)定輸出。
可以說(shuō)同一塊電池，搭配不同水平的 BMS，用戶(hù)能感知到的續(xù)航、動(dòng)力和可靠性，可能是完全不同的體驗(yàn)。
也可以這樣理解，只有大量的電池被使用，大量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，才能理解一家企業(yè)在電池管理方面的優(yōu)勢(shì)，寧德時(shí)代在 BMS 領(lǐng)域的積累，更多體現(xiàn)在“長(zhǎng)期、大規(guī)模、真實(shí)使用”這三個(gè)關(guān)鍵詞上。
2012 年開(kāi)始持續(xù)投入，完整的研發(fā)體系，超過(guò)1300萬(wàn)套 BMS 的實(shí)際裝車(chē)量和龐大的真實(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，覆蓋不同車(chē)型、不同地區(qū)、不同使用年限的數(shù)據(jù)，成為算法和模型不斷修正、迭代的根基，支持電池管理系統(tǒng)越來(lái)越接近電池的真實(shí)狀態(tài)。
電池管理的第一項(xiàng)核心能力，是對(duì)電池狀態(tài)的“看清楚”，包括對(duì)每一顆電芯電壓、溫度的精細(xì)采集，還包括高精度的電流監(jiān)測(cè)。
通過(guò)雙原理電流傳感器設(shè)計(jì)，BMS 可以在極寬的電流范圍內(nèi)進(jìn)行高頻、高精度采樣，既降低了單點(diǎn)失效風(fēng)險(xiǎn)，也為后續(xù)的狀態(tài)估算提供了更可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
24小時(shí)低功耗監(jiān)測(cè)機(jī)制讓車(chē)輛即使處于停車(chē)休眠狀態(tài)，電池的異常變化也能被及時(shí)捕捉和處理。
在此基礎(chǔ)上，BMS 才有能力對(duì)充放電過(guò)程進(jìn)行更“聰明”的控制。
◎ 放電時(shí)，通過(guò)引入電池極化模型，系統(tǒng)不再只依賴(lài)靜態(tài)功率表進(jìn)行保守限值，而是能夠預(yù)測(cè)電池在動(dòng)態(tài)工況下的電壓變化趨勢(shì)，從而在安全前提下釋放更多可用功率。
◎ 充電過(guò)程中，BMS 則通過(guò)電池大模型和電熱模型，對(duì)溫升、充電能力、散熱條件和充電樁能力進(jìn)行綜合判斷，實(shí)時(shí)規(guī)劃最優(yōu)充電路徑，在提升充電速度的同時(shí)，把溫度控制在更有利于壽命的區(qū)間內(nèi)，甚至還能更準(zhǔn)確地預(yù)估剩余充電時(shí)間。
動(dòng)力電池與消費(fèi)電子電池，很大的鴻溝是數(shù)量上，前者100顆電池后者1顆電池，所以一致性管理是兩者的關(guān)鍵差異。
車(chē)用電池微小差異，都會(huì)在長(zhǎng)期使用中被放大。通過(guò)全天候的智能均衡策略，BMS 能在行駛、充電和停車(chē)等多種狀態(tài)下主動(dòng)調(diào)節(jié)電芯差異，把整包電池的離散度控制在較低水平，從而延緩“短板效應(yīng)”對(duì)容量和壽命的影響。
讓用戶(hù)感知最明顯的，是 BMS 對(duì) SOC（剩余電量）和 SOH（健康狀態(tài)）的估算能力。
◎ SOC 并不是一個(gè)可以直接測(cè)量的數(shù)值，而是對(duì)電池狀態(tài)的綜合判斷。通過(guò)動(dòng)靜結(jié)合、多工況的建模方式，BMS 即便在用戶(hù)長(zhǎng)期不滿(mǎn)充的情況下，也能保持較高的電量估算精度，減少“表顯有電、實(shí)際沒(méi)電”的焦慮。
◎ SOH 方面，結(jié)合電池材料機(jī)理與真實(shí)車(chē)輛長(zhǎng)期數(shù)據(jù)建立的老化模型，使得健康狀態(tài)的判斷不再依賴(lài)單一實(shí)驗(yàn)室曲線，而是更貼近每一輛車(chē)、每一塊電池的真實(shí)衰減路徑。
電池管理的設(shè)計(jì)在安全機(jī)制層面體現(xiàn)出系統(tǒng)工程思維。
雙冗余低壓供電和雙分區(qū) OTA 升級(jí)機(jī)制，確保在硬件或軟件出現(xiàn)異常時(shí)，電池管理系統(tǒng)（BMS）依然能夠保持基本運(yùn)行和安全控制，基于海量車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建的后臺(tái)預(yù)警體系，還能把潛在的失效模式提前識(shí)別出來(lái)，并反向優(yōu)化本地算法模型，讓安全管理從“事后應(yīng)對(duì)”轉(zhuǎn)向“事前預(yù)防”。
引入智能化策略后，它的角色也開(kāi)始從“管理電池”向“服務(wù)用戶(hù)”延伸。通過(guò)分析用戶(hù)的真實(shí)用車(chē)習(xí)慣，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整熱管理和充放電策略，在不增加用戶(hù)操作負(fù)擔(dān)的前提下，實(shí)現(xiàn)電池延壽和整車(chē)能耗的同步優(yōu)化。
這種“一車(chē)一況、一況一策”的管理方式，讓電池變成了主動(dòng)適配使用場(chǎng)景。
從用戶(hù)的真實(shí)用車(chē)體驗(yàn)出發(fā)，電池問(wèn)題都可以一條條串起來(lái)，很多 “看起來(lái)是電池的問(wèn)題”，其實(shí)是電池管理系統(tǒng)沒(méi)做好，對(duì)電池狀態(tài)理解不夠深入、不夠及時(shí)，或者不夠精細(xì)造成的。好的電池管理系統(tǒng)能填平這些體驗(yàn)上的“坑”。
很多車(chē)主最害怕、也最難理解的一種情況，是儀表盤(pán)明明還顯示 20% 的電量，車(chē)卻突然動(dòng)力受限，甚至直接趴窩。直覺(jué)上大家會(huì)覺(jué)得這是電池“突然掉電”，問(wèn)題往往出在 BMS 對(duì)電量的判斷上。
SOC 并不是一個(gè)可以直接測(cè)量的物理量，而是通過(guò)電流、電壓、溫度等信號(hào)“算”出來(lái)的結(jié)果。如果電流采樣本身就存在 1% 左右的誤差，單次充放電看不出來(lái)，但在長(zhǎng)期使用中，誤差會(huì)不斷累積，最終就會(huì)出現(xiàn)“表顯還有，實(shí)際沒(méi)了”的極端情況。
通過(guò)更高精度、雙冗余的電流采樣方案，把采樣誤差壓到 0.5% 級(jí)別，把電池的狀態(tài)記得更準(zhǔn)，讓估算出來(lái)的SOC成為長(zhǎng)期可信的結(jié)果。
現(xiàn)在磷酸鐵鋰的滲透率超過(guò)了80%，所以用戶(hù)又會(huì)遇到另一個(gè)困惑：廠家總是反復(fù)強(qiáng)調(diào)“要定期滿(mǎn)充”。這不是磷酸鐵鋰電池需要這么做（更嬌氣），實(shí)際上是因?yàn)閭鹘y(tǒng) SOC 校準(zhǔn)方式的局限。
之前依賴(lài)電壓來(lái)修正電量，磷酸鐵鋰在 20%～80% 區(qū)間電壓變化極小，BMS 在這個(gè)區(qū)間里幾乎“看不見(jiàn)”電量變化，只能通過(guò)偶爾滿(mǎn)充來(lái)強(qiáng)制校準(zhǔn)。對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這顯然不友好。
通過(guò)進(jìn)一步提升電流采樣精度，并引入動(dòng)靜結(jié)合、多工況的 SOC 校準(zhǔn)模型，BMS 可以在用戶(hù)長(zhǎng)期不滿(mǎn)充的情況下，依然保持 3% 以?xún)?nèi)的電量估算精度。
2026年，在新的方法下“滿(mǎn)充校準(zhǔn)”不是一個(gè)要求了，用戶(hù)可以根據(jù)自己的喜好來(lái)設(shè)置。
即便 SOC 算得足夠準(zhǔn)，車(chē)輛在行駛中突然趴窩的問(wèn)題，還有一個(gè)容易被忽略的變量——電池健康度 SOH。
如果 BMS 高估了 SOH，比如系統(tǒng)認(rèn)為電池還剩 90% 的健康狀態(tài)，但實(shí)際有效容量只有 80%，那么在電量耗盡的臨界點(diǎn)，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)生誤判。
傳統(tǒng)做法中，SOH 多來(lái)源于實(shí)驗(yàn)室循環(huán)壽命數(shù)據(jù)的“查表法”，而真實(shí)用戶(hù)的電池經(jīng)歷的是溫差、充電習(xí)慣、日歷老化與循環(huán)老化疊加的復(fù)雜過(guò)程，實(shí)驗(yàn)室工況是很難覆蓋。
通過(guò)引入電池材料機(jī)理研究和海量真實(shí)車(chē)輛的長(zhǎng)期運(yùn)行數(shù)據(jù)，BMS 開(kāi)始具備“一車(chē)一策”實(shí)時(shí)計(jì)算 SOH 的能力，把誤差控制在 3% 以?xún)?nèi)，可以降低了因容量誤判導(dǎo)致的拋錨風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)更大價(jià)值是：電池健康度真正成為可參考并且十分準(zhǔn)確的值，來(lái)指導(dǎo)用戶(hù)后期的二手車(chē)交易！
現(xiàn)在到了冬天，續(xù)航縮水往往會(huì)被簡(jiǎn)單歸因于“電池怕冷”，但實(shí)際上還有大量電量消耗在不必要的加熱上。
傳統(tǒng) BMS 采用固定閾值策略，只要低于某個(gè)溫度就啟動(dòng)加熱，并不關(guān)心這次出行是短途還是長(zhǎng)途。結(jié)果是短途通勤中，加熱能耗很高，卻沒(méi)有換來(lái)明顯的體驗(yàn)提升。
通過(guò)“一車(chē)一策”的自適應(yīng)熱管理策略，BMS 會(huì)結(jié)合用戶(hù)歷史出行習(xí)慣，動(dòng)態(tài)調(diào)整每次出行的加熱目標(biāo)，把能耗用在真正有價(jià)值的地方，從而在同等條件下顯著改善冬季續(xù)航。
BMS 的技術(shù)演進(jìn)是從基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)走向高精度建模，從靜態(tài)規(guī)則走向動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，從統(tǒng)一策略走向個(gè)性化管理。對(duì)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，這些復(fù)雜技術(shù)最終體現(xiàn)為更穩(wěn)定的續(xù)航、更可信的電量顯示、更少的意外和更低的使用成本，有一套完整的機(jī)制幫助是非常重要的。
