在新能源汽车架构中，BMS（battery management system）电池管理系统是连接整车和动力电池的重要纽带，有着动力电池的“大脑”之称，其管理、维护、监控动力电池的各个模块，起到防止电池过充过放电、延长电池使用寿命、帮助电池正常运行等作用。
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然而，随着电气化浪潮的全面加速，传统BMS一味通过增加限制条件，消极应对可能发生的电池安全状况，已难以满足用户对于续航里程、驾乘舒适度日益严苛的需求。如何在确保安全的前提下，充分发挥电池效能，真正无忧享受电动汽车的价值，成为了电动汽车动力方面的全新命题。
在此方面，华人运通旗下高合汽车创新提出了云端电池管理技术，将车辆信息通过云端进行传输和处理，以实现对电池的远程监控、预警以及云端到车端的主动干预，真正实现“一车一况”的专属化管理，极大扩展了传统BMS的能力和边界。
云端电池的设计思路--“未雨绸缪” 提前感知并预测风险
图片来源：高合汽车
据悉，高合汽车在其第一款车型HiPhi X量产之初，就引入了“五维”安全设计的电池系统，具体包括：一维电芯安全、二维模组安全、三维电池系统安全、四维结构安全、五维云端电池保护。
第五维的云端电池保护是基于高合领先的H-SOA通信架构开发，造就了高合在车云协同电池管理领域的全方位护城河。
目前，行业普遍都通过车端BMS对电池包进行实时监控，但是一旦BMS发出警告，基本已到了最后一步，也就是说电池已经发生了比较严重的失效。如何在车端警告发出前就能感知风险，甚至根据风险预判下一步的补救措施，成为高合的一大思考。例如，通过云端预警功能，车辆可以在一个月甚至更长时间之前，通过一些细微特征发现电池的异常，即在异常还没有演变成对用户的实质性影响前，车云协同BMS提前预测风险并通知用户采取措施，避免往后更严重事故的发生。
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除了实现云端监控预警，高合云端电池车云协同BMS更领先的一点，就是将优化管理进一步前置，做到在早期失效发生前就对电芯内部的不良影响因素实时监控，可主动优化车端策略，在一定程度上抑制电芯的不可逆失效发生，有效提升电池的使用寿命。
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云端电池的奥秘--精细化电池模型
动力电池的工作机理异常复杂，因此其控制策略需要考虑多种边界，比如温度边界、电压边界、析锂边界、内部阻抗边界，电气件边界等等，同时每个电芯本身也是有差异的，工艺控制得再好都会有一致性的问题。若通过一个简单的模型来覆盖住所有的边界，那表现出来的就是一个很保守、很粗糙的电池管理策略。而高合自研云端电池系统最为核心的优势就在于其有一个领先的精细化电池模型。
该模型基于丰富的电池安全机理和AI数据特征，根据实际工况单独识别和管理不同的边界，这样一方面可提前识别风险，达到提前预警作用。例如，针对电芯的内短路边界识别，电池的大数据AI模型可以从海量数据中先筛选一致性较差的电芯，对于这些电芯，电池机理模型可以快速识别计算出电芯内部的内短路阻值，不同的内短路阻值代表不同的风险，当计算的内短路阻值持续小于特定阈值边界时，电芯则存在较大的内短路风险。同时，基于经验库可以快速自动识别出可能发生的原因，也就是说两种电池模型融合，可以在占用少量计算资源的情况下，精准高效快速定位问题原因，并自动诊断生成解决方案建议，方便运营人员处理，7*24守护电池安全。
另一方面，精细化电池模型还可以提高电池SOC荷电状态（电池剩余电量百分比，用于估算剩余续航）、SOP功率能力（用于表征电池输出功率大小的能力）、SOH老化状态（电池当前容量与出厂容量的百分比，用于估算电池健康度）的计算精度，更精准的状态计算会带来更好的电池性能体验。以提高功率能力为例，常规BMS计算电池功率是使用一个预设的简单的功率表格来覆盖电池的边界，而基于精细化模型计算电池则将电池的每一个边界进行拆分，利用第一性原理，每个边界单独保护，可实时计算电池最大能力。
可以用个通俗的例子来解释精细化电池模型。将电池的最大真实能力比作为一个瓶子，里面装的球代表算法计算可以释放的能力（考虑到边界，球不能超出瓶子），球越大能放进去的数量越少，剩余的空间越大，代表释放的能量越少，也就无法支持电池在高功率状态下的长时间持续输出。而通过精细的管理相当于把球变小，这样瓶子里可以装下更多的球，带来更多的功率释放，将其体内能量最大释放出来。
图片来源：高合汽车
正是在这一更为精准的BMS算法助力下，今年2月，高合第二款车型HiPhi Z在北京金港赛道以1分16秒719的单圈成绩刷新了金港赛道中国品牌的新记录。
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不仅如此，基于车云协同的BMS，高合还在不断优化其对整个动力电池全生命周期的管理。
在充电方面，通过云端计算充电曲线，更符合电芯真实特性，可以抑制电芯析锂和老化，延缓电芯衰减，同时，在常温25℃循环工况下，相较标准的充电方式，自动优化控制策略的云端充电可以少10%到20%的衰减。
另值得一提的是，考虑到衰减性，行业有一种比较保守的电池荣休策略，即当车辆达到一定行驶里程后，BMS会限制充电上限来确保安全，而这种一刀切式的做法并未实际反映电池的基本特性。考虑到驾驶路况和驾驶习惯，一辆开了10 万公里的车很有可能比一辆开了5万公里的车的电池衰减幅度要小，如果直接限制充电上限，意味着一部分用户的使用价值也被限制。
对比基于里程强制限制SOC的荣休策略，基于精准SOH策略的云端电池更符合电芯实际衰减特性，可以优化老化后的续航里程表现，让用户得到更安全、更充分的续航体验。
云端电池的实现基础--软件自研与车云协同架构
如文章开篇所述，BMS肩负着监控、管理、维护动力电池各个模块的重任。在监控方面，BMS会对所有的电芯进行直接监控，并在此基础上通过一个处理单元来计算电池的 SOX状态，包括SOC荷电状态、SOP功率能力以及SOH老化状态等。在管理方面，BMS主要是对电池包高压系统的管理和对电池充放电能量的管理。
作为一家定位为豪华智能的纯电汽车品牌，高合汽车在BMS系统中打造的核心能力与其从车端到云端的软件自研优势密不可分。BMS系统软件是上述各项核心功能的最终体现，这里面包含大量的电芯数据处理、核心算法、整车适配通信和控制策略等等，这些并非所有车厂都具备。据介绍，作为车载嵌入系统，BMS涉及整车安全，因此对质量可靠性要求特别高。高合汽车的做法是采用一套完整的且受国际认可的ASPICE软件开发模型。同时，作为涉及安全的控制系统而言，需要满足ISO26262功能安全标准，高合BMS也是按照最高安全等级的要求来研发，并实现了量产应用。
常规的车端嵌入式 BMS 逻辑相对比较单一，受算力限制，通常只能使用预设的参数表，精度、“鲁棒性”特别是电芯老化后必然会存在一些偏差。为了解决该行业痛点，高合利用整车架构优势进一步开发了云端电池，其最大特点就是车端跟云端有机地结合在一起，充分利用云端超强的算力支撑更精细化的电池管理。
不过，要实现二者的有机结合，实现起来并不容易。因为云端电池的应用对汽车的硬件和架构有着极高的要求，而高合恰恰是行业内为数不多能够满足部署条件的车企之一。据了解，高合有着领先于行业的H-SOA架构，基于该架构可实现车端、云端电池管理的有机融合。首先，高合将其积累的大数据、算法模型等部署在云端，同时在车端搭建立一套具备一定数据处理的边缘计算平台，可以与云端实时互联，解析云端下发的参数文件，最终由车端BMS执行实施。
H-SOA架构的应用打破了原有传统车端BMS的功能限制，大大提升了系统对电池数据的处理能力，可以根据实际需求在车端云端各个层级部署各类算法，可实现车云协同闭环控制，做到“一车一况”的电池专属化管理，提升用户体验。
图片来源：高合汽车
小结：
对于动力电池而言，BMS的重要性是不言而喻的，以至于行业中有这样一种说法，“没有BMS的动力电池，就像一具没有灵魂的躯壳”。目前，动力电池厂、整车厂以及第三方BMS企业三方纷纷在这一“灵魂”部件上倾注心血，但整体来看，像高合汽车一样自主研发车云协同BMS解决方案并进行量产的企业并不多。
眼下，HiPhi Y即将于7月15日上市，这款与X、Z基于同一自研平台研发的全新车型，也将在电池管理系统方面对X、Z上的技术实现传承与迭代。相信这一基于领先电池模型，通过全方位监控和预警，并通过实时在线优化的BMS系统，在有效地覆盖电池全生命周期安全、给用户带来更多价值体验的同时，也必将成为这一国产高端品牌的另一道技术护城河。
