動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的關(guān)鍵部件，目前車企的動(dòng)力電池及BMS系統(tǒng)大多靠外部采購，如此一來，車企面臨的一個(gè)很重要的問題就是如何對供應(yīng)商進(jìn)行管理，其核心是如何對不同供應(yīng)商來源的電池相關(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(shù)據(jù)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)汽車的安全穩(wěn)定運(yùn)行性能，同時(shí)，對汽車的售后維護(hù)也有非常大的影響。本文從多供應(yīng)商產(chǎn)品管理角度來探討車企對動(dòng)力電池系統(tǒng)的管理問題，尤其是在整個(gè)車輛完整的生命周期里對這一問題的重要性和影響進(jìn)行審視。

第一部分 兩類車企的電池供應(yīng)案例

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

1)通用汽車

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

圖1 通用汽車電動(dòng)化的電池系統(tǒng)

實(shí)際上對于通用而言，要很好地管理這些不同規(guī)格配置的電池系統(tǒng)是個(gè)挺麻煩的事情，因?yàn)楦黝愲姵貑误w差異性很大，不過好在通用旗下每一種車型都是由一個(gè)固定的供應(yīng)商來做的。

圖2 不同供應(yīng)商不同類型的電池配合不同的需求

如果我們認(rèn)真看一下電池管理系統(tǒng)的配置情況，可能就更加復(fù)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(tǒng)。通用的整個(gè)電動(dòng)化團(tuán)隊(duì)其實(shí)是借用公司的EE硬件資源來完成電池電子的硬件開發(fā)，然后交由外部供應(yīng)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(tǒng)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(dǎo)完成的，如表2所示。而在這個(gè)過程里，通過對電池的壽命進(jìn)行估計(jì)而調(diào)整的控制算法閾值，則是保證整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的售后的核心所在。

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

2)北汽新能源

國內(nèi)企業(yè)拿北汽來舉例，是有原因的。

• 北汽的電池系統(tǒng)全部是面向純電系統(tǒng)的
• 北汽的每款車型的電芯規(guī)格差異巨大，供應(yīng)商也完全不同
• 北汽的電池管理系統(tǒng)也是由不同廠家開發(fā)供應(yīng)的

當(dāng)然北汽新能源汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)的整裝過程也是比較復(fù)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(shè)計(jì)了一整塊安裝板來固定BMS的子模塊和主模塊；通過購買硬件設(shè)計(jì)然后轉(zhuǎn)移，在底層軟件的基礎(chǔ)上，疊加自己的對不同電池系統(tǒng)的配置來實(shí)現(xiàn)多供應(yīng)商，多系統(tǒng)的管理。我們不知道北汽是如何通過熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、通過BMS管理系統(tǒng)的算法設(shè)計(jì)，順利實(shí)現(xiàn)對一個(gè)車系/車型的多供應(yīng)商的切換與管理的，從而滿足多種車型的各類個(gè)性化需求。對動(dòng)力電池系統(tǒng)的能否實(shí)現(xiàn)科學(xué)穩(wěn)定的管理，尤其是在供應(yīng)商比較多的情況下如何實(shí)現(xiàn)一致性管理，是關(guān)乎車企旗下電動(dòng)汽車使用性能的，也牽涉到售后和維護(hù)成本。

圖3 北汽新能源電池系統(tǒng)的供應(yīng)商分解

圖4 北汽的分布式電池管理系統(tǒng)示意

圖5 整個(gè)軟硬件是通過外部授權(quán)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(tǒng)如何安全的度過保修期，在電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要考慮使用時(shí)間、使用公里數(shù)、各類使用條件和使用環(huán)境下，電池系統(tǒng)各組件的耐久性表現(xiàn)。確保電池系統(tǒng)安全耐用的關(guān)鍵指標(biāo)有兩個(gè)：

• 電池單體/系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室的測試數(shù)據(jù)
• 電池系統(tǒng)在設(shè)定的循環(huán)情況下現(xiàn)場實(shí)地的表現(xiàn)

對這兩個(gè)數(shù)據(jù)大的來源，需要建立一系列的模型，不停地糾正標(biāo)準(zhǔn)的壽命數(shù)據(jù)，然后以各種條件下的偏差來校核整個(gè)數(shù)據(jù)。雖然這個(gè)是一個(gè)離線的估計(jì)過程，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)角度來看，為不同的供應(yīng)商配置不同的性能參數(shù)管控其實(shí)是非常不容易的，再結(jié)合考慮壽命和耐久性方面的考慮，這基本就不是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的做法。

圖6 電池壽命估計(jì)

2)BMS電池管理系統(tǒng)本身的壽命設(shè)計(jì)和故障率

從電池管理系統(tǒng)來看，其實(shí)際的工作時(shí)間比較長的：

1)電池管理單元運(yùn)行時(shí)間，主要是車輛在行車狀態(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

3)電池管理系統(tǒng)待機(jī)時(shí)間：車輛在總線上的時(shí)間，或者在特殊的模式下運(yùn)行的時(shí)間

4)非運(yùn)行時(shí)間：休眠狀態(tài)

所以整體來看BMS系統(tǒng)硬件的運(yùn)行時(shí)間是挺長的，如果我們?nèi)ヒ患臆嚻罂纯此臄?shù)據(jù)庫，售后問題排在前列的就是各種各樣的BMS管理系統(tǒng)的質(zhì)量問題。因此，我們非常有必要仔細(xì)評估整個(gè)硬件設(shè)計(jì)的失效率，從而評估其帶來的售后成本。對車企而言，這不僅僅是一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)軟件算法需要抓在手里的問題，也是未來當(dāng)產(chǎn)品處于壽命末期的時(shí)候，如果BMS出現(xiàn)問題，車企如何提供相關(guān)備件、提供到何種程度的問題，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(jié)

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

2)電池管理系統(tǒng)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(shè)計(jì)的合理性。

參考文件：

1)Chevrolet Volt Battery:BATTERY 101

作者：朱玉龍