云电池的设计理念“未雨绸缪” 提前感知和预测风险

在新能源汽车架构中，BMS（battery management system）电池管理系统是连接车辆和动力电池的重要环节。它被称为动力电池的“大脑”。它管理、维护和监控动力电池的各个模块，防止电池过充放电，延长电池使用寿命，帮助电池正常运行。

然而，随着电气化浪潮的全面加速，传统的BMS盲目地增加了限制，消极地处理了可能的电池安全状况，很难满足用户对里程和驾驶舒适度日益严格的需求。如何在确保安全的前提下充分发挥电池效率，真正享受电动汽车的价值，已成为电动汽车动力的新命题。

在这方面，中国运通高合汽车创新提出了云电池管理技术，通过云传输和处理车辆信息，实现电池远程监控、预警和云到车辆积极干预，真正实现“一车”独家管理，大大扩大了传统BMS的能力和边界。

云电池的设计理念–“未雨绸缪” 提前感知和预测风险

图片来源：高合汽车

据报道，高合汽车在其第一款车型HiPhi 在X批量生产开始时，引入了“五维”安全设计的电池系统，包括：一维电池安全、二维模块安全、三维电池系统安全、四维结构安全、五维云电池保护。

基于高合领先的H-SOA通信架构开发的第五维云电池保护，创造了高合在车云协同电池管理领域的全方位护城河。

目前，该行业通常通过终端BMS实时监控电池组，但一旦BMS发出警告，基本上已经到了最后一步，即电池已经发生了相对严重的故障。如何在车辆警告发出前感知风险，甚至根据风险预测下一步的补救措施，成为高合的一大思路。例如，通过云预警功能，车辆可以在一个月或更长时间前通过一些微妙的特征发现电池异常，即在异常演变为对用户的实质性影响之前，车辆云协同BMS提前预测风险，并通知用户采取措施，以避免未来更严重的事故。

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除了实现云监控预警外，高和云电池汽车云协作BMS更领先，是进一步优化管理，在早期故障前实时监控电池内部的不良影响因素，可以积极优化终端策略，在一定程度上抑制电池不可逆故障的发生，有效提高电池的使用寿命。

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云电池的奥秘—精细化电池模型

动力电池的工作机制极其复杂，因此其控制策略需要考虑各种边界，如温度边界、电压边界、锂分析边界、内部阻抗边界、电气部件边界等。同时，每个电池本身也不同，无论过程控制得多好，都会出现一致性问题。如果一个简单的模型覆盖了所有的边界，那就是一个非常保守和粗糙的电池管理策略。高合自主研发云电池系统的核心优势在于其领先的精细电池模型。

该模型基于丰富的电池安全机制和人工智能数据特性，根据实际情况单独识别和管理不同的边界，一方面可以提前识别风险，实现提前预警。例如，对于电池的内短路边界识别，电池的大数据AI模型可以从大量数据中筛选出一致性差的电池。对于这些电池，电池机制模型可以快速识别和计算电池内的内短路电阻。不同的内短路电阻代表不同的风险。当计算的内短路电阻继续小于特定阈值边界时，电池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可能的原因，即两个电池模型集成，可以占用少量计算资源，准确高效快速定位问题原因，自动诊断生成解决方案建议，方便操作人员处理，7*24保护电池安全。

另一方面，精细电池模型还可以提高电池SOC的充电状态(用于估计剩余电池寿命的剩余电池百分比)、SOP功率能力(用于表示电池输出功率的能力)、SOH老化状态的计算精度（当前电池容量与出厂容量的百分比用于估计电池健康），更准确的状态计算将带来更好的电池性能体验。以提高功率能力为例，传统的BMS计算电池功率是使用预设的简单功率表覆盖电池边界，基于精细模型计算电池拆分电池的每个边界，采用第一原理，每个边界单独保护，可以实时计算电池的最大能力。

精细电池模型可以用一个流行的例子来解释。将电池的最大真实能力比作瓶子，球代表算法计算释放能力（考虑到边界，球不能超过瓶子），球越大，剩余空间越大，释放能量越少，不能支持电池在高功率状态下的长期连续输出。通过精细的管理相当于把球变小，这样瓶子里就可以装更多的球，带来更多的功率释放，最大限度地释放体内的能量。

图片来源：高合汽车

在这个更准确的BMS算法的帮助下，今年2月，高合的第二款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纪录。

图片来源：高合汽车

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生命周期的管理。

在充电方面，通过云计算充电曲线更符合电池的真实特性，可以抑制电池锂分析和老化，延缓电池衰减。同时，与标准充电方式相比，自动优化控制策略的云充电可以减少10%到20%。

值得一提的是，考虑到衰减，该行业有一种保守的电池休息策略，即当车辆达到一定里程时，BMS将限制充电上限以确保安全，而这种一刀切的做法并没有真正反映电池的基本特性。考虑到驾驶路况和驾驶习惯，一辆车开了10辆 一万公里的汽车很可能比一辆行驶5万公里的汽车的电池衰减小。如果充电上限直接受到限制，则意味着一些用户的使用价值也受到限制。

与基于里程限制SOC的荣耀休息策略相比，基于精确SOH策略的云电池更符合电池的实际衰减特性，可以优化老化后的里程性能，让用户获得更安全、更充分的耐久性体验。

实现云电池的基础—软件自研与车云协同架构

正如文章开头所述，BMS负责监控、管理和维护电力电池的每个模块。在监控方面，BMS将直接监控所有电池，并在此基础上通过处理单元计算电池 SOX状态，包括SOC充电状态、SOP功率能力和SOH老化状态。在管理方面，BMS主要管理电池组高压系统和电池充放电能。

高合汽车作为一个定位为豪华智能的纯电动汽车品牌，在BMS系统中创造的核心能力离不开其从车端到云端的软件自主研发优势。BMS系统软件是上述核心功能的最终体现，包括大量的电池数据处理、核心算法、车辆适应通信和控制策略等，并非所有汽车制造商都有。BMS作为车载嵌入系统，涉及整车安全，因此对质量可靠性的要求特别高。高合汽车的做法是采用一套完整、国际公认的ASPICE软件开发模型。同时，高合BMS作为一个涉及安全的控制系统，需要满足ISO26262的功能安全标准，也按照最高安全水平的要求开发，实现了大规模生产应用。

常规车端嵌入式 BMS 逻辑相对单一，受计算能力的限制，通常只能使用预设的参数表，精度、“棒”，特别是电池老化后不可避免地会有一些偏差。为了解决行业的痛点，高和利用车辆架构的优势进一步开发了云电池，其最大的特点是车辆与云有机结合，充分利用云超级计算能力支持更精细的电池管理。

然而，要实现两者的有机结合并不容易。由于云电池的应用对汽车的硬件和结构有很高的要求，高合是业内为数不多的能够满足部署条件的汽车公司之一。据了解，高合拥有行业领先的H-SOA架构，基于该架构，可实现车端、云电池管理的有机融合。首先，高和在云中部署了其积累的大数据和算法模型。同时，在车辆上建立了一个具有一定数据处理的边缘计算平台，可以实时与云连接，分析云发布的参数文件，最终由车辆BMS实施。

H-SOA架构的应用打破了传统终端BMS的功能限制，大大提高了系统处理电池数据的能力，可以根据实际需要在终端云的各个层次部署类算法可实现车云协同闭环控制，实现“一车一条件”电池专属管理，提升用户体验。

图片来源：高合汽车

小结：

对于动力电池来说，BMS的重要性是不言而喻的，因此业内有一种说法，“没有BMS的动力电池就像一个没有灵魂的身体”。目前，动力电池厂、汽车厂和第三方BMS企业都在这一“灵魂”部件上下了很大的功夫，但总的来说，没有多少企业像高合汽车一样独立开发汽车云协同BMS解决方案并进行大规模生产。

眼下，HiPhi Y将于7月15日上市，这款将与X一起上市、Z基于同一自主研发平台开发的新车型也将在电池管理系统方面面对X、Z上的技术实现了传承和迭代。我相信，基于领先的电池模型，通过全面的监控和预警，通过实时在线优化的BMS系统，它将成为国内高端品牌的另一条技术护城河，同时有效地覆盖整个电池生命周期的安全，给用户带来更多的价值体验。