BMS工程师怎么看 ▎换电的“时代”，BMS怎么做？

宁德时代不久前发布了他们的组合换电解决方案，引爆了行业关注热点。上一次发布会则是去年7月份时候发布的钠离子电池。这半年一次的“新品”发布可谓相当高频，看来“宁王”非常渴望牢牢待在这万亿市值的宝座。

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对于换电，从两个大的方面来说，都是很有优势的，一方面就是让车辆灵活装配所需要的电池模组，昂贵的电池成本从此和整车价格解耦，而且对于日常使用，短途通勤有一种方案，假期长途有另一种方案。对于精明的燃油车主，有时会采用只加半箱油的策略来降低车重的目的；但是对于一般的电动汽车，出厂之后电池包的重量就绑定了，不管你充满电，还是充一半。而组合换电方案，就也可以实现这样的灵活机动了。

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另一方面，从能源利用和环保角度来说，换电站的出现和普及，也可以更集中地为电网削峰填谷做出贡献，本身也能从中获取客观的经济收益。这是国家电网一直强烈建议地方案，对他们来说起码可以大大减少建设充电桩的需求。此外，换电站还可以实现对电池包的监控、管理，包括对电池状态的检测，故障的检修，以及更加高效的实现电池包的梯次利用。

组合换电的好处还能说上一堆，对于学习我们汽车学堂BMS软件工程师微专业课程的学员来说，也需要进一步思考下，组合换电模式，对BMS系统有哪些新的挑战和机遇？
BMS功能
BMS的传统功能包括：
01上下电管理
车辆在主动下电或被动下电情况下，电池系统应该如何控制继电器的通断；以及车辆启动时，系统如何进入到工作状态，等等。考虑到车辆以及电池系统可能处在不同的状态下，例如，电池包亏电，或者车辆存在高压系统故障，BMS的上下电控制策略需要统筹兼顾。
02电池状态估计
电池状态估计，包括非常重要的荷电状态（关系到续航里程的估计）、健康状态（关系到电池寿命等）；这是BMS非常核心的功能。电池管理系统能监测的数据非常有限，只有电压、电流、温度。而电池作为一个基于化学原理的储能部件，荷电状态只能借助估计算法来获取，不同的使用工况都是估计算法的影响因子。这也是电动汽车就目前来说仍然会被吐槽电量估计不准，引发车主里程焦虑的原因。
03充电管理
纯电动汽车都会配置慢充和快充两种充电系统，充电过程中，车辆的信息需要和充电桩/站之间进行必要的信息交互来确保充电过程的安全。这个控制策略也是需要写在BMS软件中的。
04故障诊断和安全控制
电池实际工作条件较为苛刻，过充、过放、短路、过热、过冷等条件下都会对电池的性能、寿命、安全性产生破坏性影响。BMS的职责，可以总结为：电池故障前的精准预警、故障时的及时报警，保证电池安全、可靠运行。
05电池均衡
电池的一致性是锂离子电池作为动力电池非常重要的一个指标，先天性（电芯生产制造）影响存在且巨大，但是后天通过BMS软件监控电池的一致性状态以及通过均衡的手段弥补一致性的不足，则是十分必要的。
组合换电模式下对BMS的要求
组合换电模式对于整车设计、电池包结构设计都提出来很高的要求。密封性方面以及高低压系统接口稳定性、耐久性方面，面临的挑战是巨大的。相比蔚来电池包整体更换的方案，标准化电池块的组合换电模式，难度应该扩大几倍。
那，组合换电模式下，BMS软件面临哪些挑战呢？
01挑战1  组合换电模式中，谁来承担BMS功能？
首先，我们得来聊聊，在组合换电模式中，哪些单元承担着BMS的功能？传统电池包的BMU位于包体内，向下链接各个模组，向上链接整车控制器（还可能有云服务器）。电池模组内的子控制器只承担电芯监测的功能。而组合换电模式下，每个电池模组都相当于一个独立的电池包。因此该电池模组的控制功能应该是健全的，能控制快充、慢充，能独立的和整车控制器进行交互。当多个电池包共同作用于一辆车时，BMS之间谁说了算呢？
02挑战2   模组间的通信问题
这还得说说模组间通信方式的问题。传统方案有CAN通信还有菊花链通信的方式。低压信号接口，无论是模组之间，还是电池包与整车之间，在设计上都是一个重点关照的地方。而宁德时代的方案，采取了非常有突破性的无线的方式，实现模组与模组之间的通信（车辆与BMS之间应该也是无线通信），从而完全回避了低压接口的存在。好在BMS系统的数据对整车来说实时性要求不那么高，不过，有兴趣的朋友可以思考下，这种组合换电模式下，无线传输的数据大概有哪些类型？

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跟传统的BMS数据相比，数据种类上会发生哪些变化。比如，会包括电池包的历史故障数据吗？当多个电池块共同服务于一辆车的时候，简单的做法就是轮岗机制，也就是用完一块再启用另一块。所以多个BMU可能同时被激活（这里需要计算续航里程），但是只有在工作的那块电池模组的BMU作为主导。对于整车控制器来说，只和一个BMU通信显然更高效一点。
03挑战3  电池块的热管理问题
另一个巨大的挑战就是电池块的热管理问题，这也是看宁德时代的发布会最疑惑的一点。三元电池肯定少不了一套高效的热管理系统，铁锂电池相对可以宽松一些热管理的要求。以目前的适配车型奔腾NAT来说，配置的就是磷酸铁锂电池，电池块舍弃掉热管理装置问题不大。但是，面对对温度敏感的电池类型，电池模块的热管理系统怎么设计？这很有想象空间。
04挑战4  自动控制过程中的异常处理
此外，还有一个很尴尬但必须得考虑的点，在于，即使BMS系统能够和换电站通信，实现自动换电，但是肯定还得配备一个手动操作的备选项，以防自动控制过程中出现异常。比如车辆发生碰撞，通信失灵、锁止结构变形等等。极端情况肯定是作为车辆部件之一的电池系统必须考虑的。
组合换电模式下对BMS的好处
说了这么多组合换电模式下对BMS的挑战和困难，其实本人还是非常看好的，这种方式下，对BMS开发也有助攻的地方。比如：
1.电池状态估计可以更准。电池块在换电站内接收充电的过程中，换电站有能力使用更强的算力、更复杂的状态估计算法来校正电池的状态数据。在我们以往的培训班中，我们学员少不了吐槽我们教的算法太全、太复杂，实际项目中一个电流积分法简单粗暴。那这种趋势下，我们完全有条件来部署、应用更准确的估算模型。我们甚至可以充分利用积累的所有电池块的数据，来训练人工智能，来做预测和估算。
2.电池均衡可以更加高效。传统电池管理系统中的电池均衡模块，太受限于均衡功率，往往效率很低。但是在换电站中，对电池进行均衡就有了更加充裕的条件。
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