車企如何保證動力電池的穩(wěn)定性?

動力電池是電動汽車的關(guān)鍵部件，目前車企的動力電池及BMS系統(tǒng)大多靠外部采購，如此一來，車企面臨的一個很重要的問題就是如何對供應(yīng)商進行管理，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、耐久性和動力性，也就直接影響電動汽車的安全穩(wěn)定運行性能，同時，對汽車的售后維護也有非常大的影響。本文從多供應(yīng)商產(chǎn)品管理角度來探討車企對動力電池系統(tǒng)的管理問題，尤其是在整個車輛完整的生命周期里對這一問題的重要性和影響進行審視。

第一部分 兩類車企的電池供應(yīng)案例

我們還是拿兩個比較典型的案例來看這個事情，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 通用汽車電動化的電池系統(tǒng)

實際上對于通用而言，要很好地管理這些不同規(guī)格配置的電池系統(tǒng)是個挺麻煩的事情，因為各類電池單體差異性很大，不過好在通用旗下每一種車型都是由一個固定的供應(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)。通用的整個電動化團隊其實是借用公司的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。而在這個過程里，通過對電池的壽命進行估計而調(diào)整的控制算法閾值，則是保證整個動力系統(tǒng)的售后的核心所在。

總體而言，通用之前更像是在各個方向以車型為單位考慮問題，每款車型有其相對個性化搭載的動力電池系統(tǒng)，所以基于旗下各類車型就配置了各種各樣的系統(tǒng)，整個電動化業(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：

1、北汽的電池系統(tǒng)全部是面向純電系統(tǒng)的

2、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

3、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、通過BMS管理系統(tǒng)的算法設(shè)計，順利實現(xiàn)對一個車系/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性化需求。對動力電池系統(tǒng)的能否實現(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現(xiàn)一致性管理，是關(guān)乎車企旗下電動汽車使用性能的，也牽涉到售后和維護成本。

圖3 北汽新能源電池系統(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

僅就動力角度而言，我們最終要保證的是整個電池系統(tǒng)如何安全的度過保修期，在電池系統(tǒng)設(shè)計中，需要考慮使用時間、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：

1、電池單體/系統(tǒng)在實驗室的測試數(shù)據(jù)

2、電池系統(tǒng)在設(shè)定的循環(huán)情況下現(xiàn)場實地的表現(xiàn)

對這兩個數(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數(shù)據(jù)。雖然這個是一個離線的估計過程，其實也需要在BMS里面對電池壽命做差異化的考慮配置。從這個角度來看，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，這基本就不是一個現(xiàn)實的做法。

圖6 電池壽命估計

2）BMS電池管理系統(tǒng)本身的壽命設(shè)計和故障率

從電池管理系統(tǒng)來看，其實際的工作時間比較長的：

1）電池管理單元運行時間，主要是車輛在行車狀態(tài)時的時間

2）電池管理單元充電時間：分快充和慢充，尤其以慢充的時間比較長

3）電池管理系統(tǒng)待機時間：車輛在總線上的時間，或者在特殊的模式下運行的時間

4）非運行時間：休眠狀態(tài)

所以整體來看BMS系統(tǒng)硬件的運行時間是挺長的，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)評估整個硬件設(shè)計的失效率，從而評估其帶來的售后成本。對車企而言，這不僅僅是一個動力系統(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)成電動汽車售后成本的一個核心，它不僅僅涉及到大量車輛動力調(diào)教的修改，DTC和安全的設(shè)定，也會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)需要從各個方向上去解讀，不僅僅是精度和算法的先進性，也涉及到這個部件本身的質(zhì)量水平、耐久性和設(shè)計的合理性。