今天繼續(xù)整理關于電池管理系統(tǒng)的資料∏坠欤看完資料趋惨，不禁對特斯拉的電池管理系統(tǒng)豎起了大拇指，果真牛惦蚊！[牛]
沒有完美器虾，只有取舍
在電池設計環(huán)節(jié)，廠商可以通過調(diào)整正極蹦锋、負極和電解液的材料來達到不同的目的兆沙。不過，凡事都有取舍莉掂，完美電池并不存在葛圃。如果要強調(diào)安全性，那么就要犧牲能量密度憎妙，如果要獲得重量方面的優(yōu)勢库正，那么就會導致更高的成本±逋伲總之诀诊，廠商需要在能量密度、安全性阅嘶、重量、電壓水平、成本等方面做好平衡讯柔，一方面最大化自己選擇的優(yōu)勢抡蛙，另一方面又要優(yōu)化電池系統(tǒng)的整體表現(xiàn)，提升屬性取舍所造成的短板魂迄。
在《價值為錨》中提到粗截，假如我們希望投資一個行業(yè)，就需要對其技術發(fā)展趨勢有所了解捣炬。隨著電動汽車的快速普及熊昌，電池管理系統(tǒng)也是產(chǎn)業(yè)鏈中的重要一環(huán)，下面我們就一起來見識特斯拉先進的電池管理系統(tǒng)湿酸。
剖析特斯拉的BMS
瑞銀的拆解實驗顯示婿屹，特斯拉的電池管理系統(tǒng)是當今最成熟的系統(tǒng)。得益于深度學習和人工智能的充分應用推溃，特斯拉的BMS可以不斷獲得實際駕駛的大數(shù)據(jù)昂利，然后對算法進行自我強化，從而使特斯拉電池組的續(xù)航時間相對更長铁坎。續(xù)航里程是目前電動汽車滲透率提升所面臨的主要問題蜂奸，而特斯拉依靠領先的設計概念，在這一點上已顯露出差異化的競爭優(yōu)勢硬萍。
特斯拉Model3的BMS具有以下五大物理特性：
1扩所、4416顆低容量的小電池支撐起75千瓦時的系統(tǒng)。使用大量小電芯的好處是：更易保持電池系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性朴乖；可增加對未來設計及材料變化的適應性祖屏；可彌補材料的負面屬性。下圖為拆自Model 3 的電池包：
2寒砖、特斯拉自己研制的半導體和軟件是實現(xiàn)精確管理的關鍵要素赐劣。基于內(nèi)部研發(fā)的技術，特斯拉可以對每一顆電芯進行溫度管理哩都。
特斯拉研制的兩個芯片分別叫蝙蝠俠和羅賓漢魁兼，他們的具體功能依然是神秘的。但瑞銀推測漠嵌，只有38針的羅賓漢負責收集數(shù)據(jù)咐汞，而擁有64針的蝙蝠俠負責處理羅賓漢送過來的數(shù)據(jù)、監(jiān)測電池的充電狀態(tài)儒鹿、管理電芯的平衡及統(tǒng)籌多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享與合作化撕。
3、采用兩階段法進行電芯平衡约炎，這對串聯(lián)很重要植阴。假如沒有電芯平衡技術蟹瘾，不同電芯的電量會出現(xiàn)較大的差異掠手，在充電時憾朴，同一組電芯有的充滿至100%，而有的可能只充了60%喷鸽，這時候為避免繼續(xù)充電而造成溫度失控众雷，就不得不停止充電，從而造成了容量的浪費做祝。
而特斯拉一方面對大量的電芯進行篩選和分類砾省，將質(zhì)量相近的電芯捆綁在一起使用，另一方面采用了精確控制的電芯平衡技術混槐，使得不同電芯組之間在并聯(lián)時的電壓差異只有2-3mV编兄，相當于只有0.05-0.08%的偏差。通過這些努力纵隔，特斯拉的電池組不僅獲得了更高的利用效率翻诉，還具備了相對較低的衰減速度。
再說說兩階段的電芯主動平衡技術捌刮。實際上碰煌，蝙蝠俠與羅賓漢的CP組合并不是只有一對，而是擁有多對绅作。首先芦圾，在每個模組的基板上都會有他們的身影，從而在模組層面實現(xiàn)精確控制俄认。然后在高電壓控制面板上个少，蝙蝠俠與羅賓漢會再次發(fā)揮作用，使四個電池模組實現(xiàn)同步運作眯杏，進一步提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性夜焦。
4、NCA電池的弱點在于相對易燃性岂贩，但特斯拉通過使用不導熱材料以及嵌入溫度計的設計茫经，降低了該弱點的影響。
5萎津、特斯拉可以積累與BMS建設相關的所有數(shù)據(jù)卸伞，包括駕駛、充電锉屈、電池溫度荤傲、電池容量變動等。稍微懂一點深度學習和人工智能的朋友應該知道颈渊，這一點是多么的重要遂黍。而且终佛，電池是能力儲存及釋放的裝置，會循序一定的化學反應及物理定律，這些數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)是可以被經(jīng)驗數(shù)據(jù)所驗證的，因此特斯拉設計的BMS在未來仍具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
五大特性帶來了以下六大優(yōu)勢：
1舵抹、市面上的多數(shù)電動汽車矢赁，在使用的4至8年內(nèi)，電池容量會下降至80%以下妹田，但大多數(shù)特斯拉的產(chǎn)品仍能保持在90%以上唬党。
上圖是特斯拉Model S用戶的電池使用數(shù)據(jù)圖，在行使10萬公里后鬼佣，電池容量下降至90%-95%驶拱，行使20-30萬公里后，電池容量仍在90%以上晶衷。電池的容量雖然在衰減蓝纲，但特斯拉的衰減率確實令人滿意。相比之下晌纫，日產(chǎn)Leaf的電池表現(xiàn)就差多了税迷。由于電池包的不成熟設計（沒有液冷系統(tǒng)），Leaf電池的衰減速度是出了名的快锹漱。
2箭养、特斯拉BMS的設計理念是允許出錯的，因此具有很高的風險容忍度哥牍。系統(tǒng)事先已假定電芯會以一定的速率出現(xiàn)故障毕泌，所以會最大限度利用大數(shù)據(jù)來維護和管理大量的電芯，導致即使有一定程度的電芯出現(xiàn)故障嗅辣，對整體系統(tǒng)的影響也會很小撼泛。由于使用了大量的小電芯，從統(tǒng)計上看澡谭，更容易減少不可控的范圍愿题。
特斯拉的車型比其他品牌的車型多出了10倍的電芯數(shù)量，同樣損壞一定數(shù)量的電芯译暂，特斯拉的系統(tǒng)不痛不癢抠忘，而其他廠商的系統(tǒng)可能就崩潰了。在傳統(tǒng)的設計方法中外永，電芯的故障是“不可接受的”崎脉，因此他們會嚴格要求電池供應商的供貨質(zhì)量，希望將故障率降至零伯顶。
3囚灼、基于BMS的設計框架骆膝，電池系統(tǒng)容量的增加可謂輕而易舉。特斯拉系統(tǒng)可使用相同的電池來滿足轎車灶体、卡車阅签、跑車、SUVs及其他類型汽車的需求蝎抽，只需調(diào)整并聯(lián)和串聯(lián)的配置即可政钟。
4、盡管NCA電池相對易燃樟结，但依靠大數(shù)據(jù)的BMS可以防止金屬沉積的形成以及溫度的升高养交，從而使電芯容量的利用程度能夠接近極限水平。
5瓢宦、在采用固態(tài)電池的情景下碎连，差異化的電芯平衡技術將顯得更為重要。Model3具備的技術驮履，例如自行設計的控制芯片及軟件鱼辙、兩階段電芯平衡管理，以后將產(chǎn)生更為重要的作用玫镐。
6倒戏、特斯拉的精控軟件及硬件是自行研制的，而傳統(tǒng)的汽車生產(chǎn)商大多將其外包給軟件及半導體公司摘悴，這使得特斯拉更有能力應對未來市場的變化峭梳。
特斯拉的BMS可補償電芯設計的短板
1、不斷優(yōu)化和升級蹂喻。特斯拉的電芯無論在材料還是形狀葱椭，都在追求更高的能量密度，輔以先進的電池管理系統(tǒng)來彌補電芯設計的短板口四。事實上孵运，特斯拉BMS的調(diào)整每天都在進行，并通過遠程管理進行升級蔓彩。
2治笨、人工智能算法的優(yōu)勢或?qū)U大。特斯拉將與亞馬遜合建一座4.8MWh的儲能系統(tǒng)赤嚼，屆時特斯拉將獲得為CPUs旷赖、DRAMs、空調(diào)等電子元件供電的大數(shù)據(jù)更卒。特斯拉已經(jīng)擁有利用人工智能來管理大型數(shù)據(jù)中心的豐富經(jīng)驗等孵，結合即將獲得的更高量級的數(shù)據(jù)，特斯拉可以輕松獲得關于新想法的算法蹂空，或是僅通過汽車行駛數(shù)據(jù)無法獲得的先進技術俯萌。
3果录、電池利用效率仍有提升空間。隨著特斯拉BMS精控管理能力的提升咐熙，有望通過降低安全裕度來實現(xiàn)電池組容量的提升弱恒。事實已證明，特斯拉有能力通過軟件的管理來控制汽車的可用容量棋恼。例如在去年9月的佛羅里達颶風來臨時返弹，特斯拉為車主提升了電容15千瓦時，可額外行駛48公里的里程蘸泻。
特斯拉電池包的弱點
上面說了許多特斯拉BMS的厲害之處琉苇，但其弱點也是十分明顯的。
1悦施、電芯的安全性相對較差。特斯拉使用的NCA電芯更易燃去团，這是無法否認的抡诞。過去，Model S和 Model X都發(fā)生過多起燃燒事故土陪。事實證明昼汗，火勢一旦蔓延到電池包，燃燒很容易就會加劇鬼雀。因為電池里充滿了液態(tài)的乙二醇顷窒，這是容易導熱的材料。不過源哩，在新款的Model 3中鞋吉，所有的電芯都用阻燃材料做了固定，相比過往的Model S和 Model X而言励烦，變得更難燃燒谓着。
2、模組更換成本高坛掠。一般而言赊锚，在并聯(lián)電路中，壞一些電芯并不會影響電池包的整體性能屉栓，但如果是模組損壞了舷蒲，更換模組的成本會比Bolt更貴一些。因為Bolt有10個模組友多，而特斯拉只有4個模組牲平。
3、有瞬間失控的風險夷陋。特斯拉擁有卓越的電力控制技術欠拾，能夠?qū)⑺袛?shù)據(jù)聚合胰锌，并優(yōu)化整個系統(tǒng)的運作表現(xiàn)。但問題是藐窄，電力控制系統(tǒng)也是需要電力供應的资昧。一旦出現(xiàn)短暫的電力缺失，電力控制系統(tǒng)有可能不能及時激活荆忍，從而使安全保護和溫度控制的功能失效格带。
4、網(wǎng)絡安全風險刹枉。隨著汽車通信網(wǎng)絡的普及叽唱，惡意軟件和病毒所帶來的風險也會增加。這些程序可能有機會重寫電池管理系統(tǒng)的程序微宝，通過停用功能棺亭、突然改變電池容量來導致電池變形或著火。
雪佛蘭的Bolt又如何蟋软？
Bolt的BMS與特斯拉相比镶摘，有六個方面的差異值得注意：
1、特斯拉的芯片是自行設計的岳守，而Bolt的芯片卻是外購的凄敢。例如，Bolt BMS中監(jiān)控電壓及溫度的芯片是LG化學設計的湿痢，然后交由半導體制造商ST微電子生產(chǎn)涝缝。自行設計的產(chǎn)品可以有更好的適應性及更快速的調(diào)整能力。
2譬重、Model 3擁有18個BMS MCUs拒逮，而Bolt有25個。通過估算害幅，Model 3的BMS MCUs價值72美元一個消恍，而Bolt使用的MCUs價值84美元一個，差別不大以现。不過不排除特斯拉的成本更高狠怨，因為專利費用沒有包含在估算模型內(nèi)。
3邑遏、Model 3的電芯平衡采用兩階段法佣赖，而Bolt只有一個階段。由于Bolt只有單階段的電芯平衡记盒，如果增加電池容量憎蛤，則容易會造成電芯平衡精確度的失衡，從而帶來更快的衰減速度。
4俩檬、特斯拉的BMS是分布式的萎胰，而Bolt的BMS是集中式的。特斯拉為了保險起見棚辽，安裝了兩個BMS的控制芯片技竟，即使一個出現(xiàn)了故障，整個系統(tǒng)依然能夠正常運作屈藐。而集中式的BMS可能會有較低的抗風險能力榔组。
綜合而言，特斯拉的BMS確實非常優(yōu)秀联逻。
刺猬偷腥
2018年12月10日
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