車(chē)企如何保證動(dòng)力電池的穩定性?

動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵部件，目前車(chē)企的動(dòng)力電池及BMS系統大多靠外部采購，如此一來(lái)，車(chē)企面臨的一個(gè)很重要的問(wèn)題就是如何對供應商進(jìn)行管理，其核心是如何對不同供應商來(lái)源的電池相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行一致性管理，包括硬件的合并和模塊化以及軟件算法和數據分析等。這種管理直接影響電池的安全性、耐久性和動(dòng)力性，也就直接影響電動(dòng)汽車(chē)的安全穩定運行性能，同時(shí)，對汽車(chē)的售后維護也有非常大的影響。本文從多供應商產(chǎn)品管理角度來(lái)探討車(chē)企對動(dòng)力電池系統的管理問(wèn)題，尤其是在整個(gè)車(chē)輛完整的生命周期里對這一問(wèn)題的重要性和影響進(jìn)行審視。

第一部分 兩類(lèi)車(chē)企的電池供應案例

我們還是拿兩個(gè)比較典型的案例來(lái)看這個(gè)事情，國外選通用、國內選北汽。

1）通用汽車(chē)

通用汽車(chē)在鋰電池系統上做了很多的量產(chǎn)項目的嘗試，把各種技術(shù)路線(xiàn)都嘗試了一遍。如圖1所示，通用公司的電動(dòng)汽車(chē)有著(zhù)不同的各種電池系統，搭配不同的電池單體，如圖2所示。

圖1 通用汽車(chē)電動(dòng)化的電池系統

實(shí)際上對于通用而言，要很好地管理這些不同規格配置的電池系統是個(gè)挺麻煩的事情，因為各類(lèi)電池單體差異性很大，不過(guò)好在通用旗下每一種車(chē)型都是由一個(gè)固定的供應商來(lái)做的。

圖2 不同供應商不同類(lèi)型的電池配合不同的需求

如果我們認真看一下電池管理系統的配置情況，可能就更加復雜了，這里面既包含了完全集成的BMS主控，也包含了分布的BMS系統。通用的整個(gè)電動(dòng)化團隊其實(shí)是借用公司的EE硬件資源來(lái)完成電池電子的硬件開(kāi)發(fā)，然后交由外部供應商生產(chǎn)，通用自己把主要精力放在了BMS的核心算法上面。我們可以看到動(dòng)力電池系統的基本功能都是界定好的，而某些功能的具體配置、尤其是核心的功能配置，通用公司是自己主導完成的，如表2所示。而在這個(gè)過(guò)程里，通過(guò)對電池的壽命進(jìn)行估計而調整的控制算法閾值，則是保證整個(gè)動(dòng)力系統的售后的核心所在。

總體而言，通用之前更像是在各個(gè)方向以車(chē)型為單位考慮問(wèn)題，每款車(chē)型有其相對個(gè)性化搭載的動(dòng)力電池系統，所以基于旗下各類(lèi)車(chē)型就配置了各種各樣的系統，整個(gè)電動(dòng)化業(yè)務(wù)在硬件上并沒(méi)有考慮合并和模塊化，而在軟件上則采取了很多措施來(lái)確保電池的安全性能和使用壽命。

2）北汽新能源

國內企業(yè)拿北汽來(lái)舉例，是有原因的：

1、北汽的電池系統全部是面向純電系統的

2、北汽的每款車(chē)型的電芯規格差異巨大，供應商也完全不同

3、北汽的電池管理系統也是由不同廠(chǎng)家開(kāi)發(fā)供應的

當然北汽新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池系統的整裝過(guò)程也是比較復雜的，為了符合不同的電池模塊的要求，如圖4所示，北汽特意設計了一整塊安裝板來(lái)固定BMS的子模塊和主模塊；通過(guò)購買(mǎi)硬件設計然后轉移，在底層軟件的基礎上，疊加自己的對不同電池系統的配置來(lái)實(shí)現多供應商，多系統的管理。我們不知道北汽是如何通過(guò)熱管理系統的設計、通過(guò)BMS管理系統的算法設計，順利實(shí)現對一個(gè)車(chē)系/車(chē)型的多供應商的切換與管理的，從而滿(mǎn)足多種車(chē)型的各類(lèi)個(gè)性化需求。對動(dòng)力電池系統的能否實(shí)現科學(xué)穩定的管理，尤其是在供應商比較多的情況下如何實(shí)現一致性管理，是關(guān)乎車(chē)企旗下電動(dòng)汽車(chē)使用性能的，也牽涉到售后和維護成本。

圖3 北汽新能源電池系統的供應商分解

圖4 北汽的分布式電池管理系統示意

圖5 整個(gè)軟硬件是通過(guò)外部授權完成初步積累

第二部分 售后和故障率

1）電池壽命估算

僅就動(dòng)力角度而言，我們最終要保證的是整個(gè)電池系統如何安全的度過(guò)保修期，在電池系統設計中，需要考慮使用時(shí)間、使用公里數、各類(lèi)使用條件和使用環(huán)境下，電池系統各組件的耐久性表現。確保電池系統安全耐用的關(guān)鍵指標有兩個(gè)：

1、電池單體/系統在實(shí)驗室的測試數據

2、電池系統在設定的循環(huán)情況下現場(chǎng)實(shí)地的表現

對這兩個(gè)數據大的來(lái)源，需要建立一系列的模型，不停地糾正標準的壽命數據，然后以各種條件下的偏差來(lái)校核整個(gè)數據。雖然這個(gè)是一個(gè)離線(xiàn)的估計過(guò)程，其實(shí)也需要在BMS里面對電池壽命做差異化的考慮配置。從這個(gè)角度來(lái)看，為不同的供應商配置不同的性能參數管控其實(shí)是非常不容易的，再結合考慮壽命和耐久性方面的考慮，這基本就不是一個(gè)現實(shí)的做法。

圖6 電池壽命估計

2）BMS電池管理系統本身的壽命設計和故障率

從電池管理系統來(lái)看，其實(shí)際的工作時(shí)間比較長(cháng)的：

1）電池管理單元運行時(shí)間，主要是車(chē)輛在行車(chē)狀態(tài)時(shí)的時(shí)間

2）電池管理單元充電時(shí)間：分快充和慢充，尤其以慢充的時(shí)間比較長(cháng)

3）電池管理系統待機時(shí)間：車(chē)輛在總線(xiàn)上的時(shí)間，或者在特殊的模式下運行的時(shí)間

4）非運行時(shí)間：休眠狀態(tài)

所以整體來(lái)看BMS系統硬件的運行時(shí)間是挺長(cháng)的，如果我們去一家車(chē)企看看它的數據庫，售后問(wèn)題排在前列的就是各種各樣的BMS管理系統的質(zhì)量問(wèn)題。因此，我們非常有必要仔細評估整個(gè)硬件設計的失效率，從而評估其帶來(lái)的售后成本。對車(chē)企而言，這不僅僅是一個(gè)動(dòng)力系統軟件算法需要抓在手里的問(wèn)題，也是未來(lái)當產(chǎn)品處于壽命末期的時(shí)候，如果BMS出現問(wèn)題，車(chē)企如何提供相關(guān)備件、提供到何種程度的問(wèn)題，而且，BMS的軟件控制方面的特性，也會(huì )直接影響繼電器等相關(guān)電氣器件的壽命和失效率。

全文小結

1） 從軟硬件的考慮，電池管理系統都是構成電動(dòng)汽車(chē)售后成本的一個(gè)核心，它不僅僅涉及到大量車(chē)輛動(dòng)力調教的修改，DTC和安全的設定，也會(huì )影響到后期批量性的售后問(wèn)題。

2）電池管理系統的技術(shù)需要從各個(gè)方向上去解讀，不僅僅是精度和算法的先進(jìn)性，也涉及到這個(gè)部件本身的質(zhì)量水平、耐久性和設計的合理性。