導讀：寧德時代不久前發布了他們的組合換電解決方案，引爆了行業關注熱點。上一次發布會則是去年7月份時候發布的鈉離子電池。這半年一次的“新品”發布可謂相當高頻，看來“寧王”非常渴望牢牢待在這萬億市值的寶座。
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對于換電，從兩個大的方面來說，都是很有優勢的，一方面就是讓車輛靈活裝配所需要的電池模組，昂貴的電池成本從此和整車價格解耦，而且對于日常使用，短途通勤有一種方案，假期長途有另一種方案。對于精明的燃油車主，有時會采用只加半箱油的策略來降低車重的目的；但是對于一般的電動汽車，出廠之后電池包的重量就綁定了，不管你充滿電，還是充一半。而組合換電方案，就也可以實現這樣的靈活機動了。
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另一方面，從能源利用和環保角度來說，換電站的出現和普及，也可以更集中地為電網削峰填谷做出貢獻，本身也能從中獲取客觀的經濟收益。這是國家電網一直強烈建議地方案，對他們來說起碼可以大大減少建設充電樁的需求。此外，換電站還可以實現對電池包的監控、管理，包括對電池狀態的檢測，故障的檢修，以及更加高效的實現電池包的梯次利用。
組合換電的好處還能說上一堆，對于學習我們BMS軟件工程師微專業課程的學員來說，也需要進一步思考下，組合換電模式，對BMS系統有哪些新的挑戰和機遇？
一、BMS功能
BMS的傳統功能包括：
1、上下電管理
車輛在主動下電或被動下電情況下，電池系統應該如何控制繼電器的通斷；以及車輛啟動時，系統如何進入到工作狀態，等等。考慮到車輛以及電池系統可能處在不同的狀態下，例如，電池包虧電，或者車輛存在高壓系統故障，BMS的上下電控制策略需要統籌兼顧。
2、電池狀態估計
電池狀態估計，包括非常重要的荷電狀態（關系到續航里程的估計）、健康狀態（關系到電池壽命等）；這是BMS非常核心的功能。電池管理系統能監測的數據非常有限，只有電壓、電流、溫度。而電池作為一個基于化學原理的儲能部件，荷電狀態只能借助估計算法來獲取，不同的使用工況都是估計算法的影響因子。這也是電動汽車就目前來說仍然會被吐槽電量估計不準，引發車主里程焦慮的原因。
3、充電管理
純電動汽車都會配置慢充和快充兩種充電系統，充電過程中，車輛的信息需要和充電樁/站之間進行必要的信息交互來確保充電過程的安全。這個控制策略也是需要寫在BMS軟件中的。
4、故障診斷和安全控制
電池實際工作條件較為苛刻，過充、過放、短路、過熱、過冷等條件下都會對電池的性能、壽命、安全性產生破壞性影響。BMS的職責，可以總結為：電池故障前的精準預警、故障時的及時報警，保證電池安全、可靠運行。
5、電池均衡
電池的一致性是鋰離子電池作為動力電池非常重要的一個指標，先天性（電芯生產制造）影響存在且巨大，但是后天通過BMS軟件監控電池的一致性狀態以及通過均衡的手段彌補一致性的不足，則是十分必要的。
二、組合換電模式下對BMS的要求
組合換電模式對于整車設計、電池包結構設計都提出來很高的要求。密封性方面以及高低壓系統接口穩定性、耐久性方面，面臨的挑戰是巨大的。相比蔚來電池包整體更換的方案，標準化電池塊的組合換電模式，難度應該擴大幾倍。那，組合換電模式下，BMS軟件面臨哪些挑戰呢？
挑戰1、誰來承擔BMS功能？
首先，我們得來聊聊，在組合換電模式中，哪些單元承擔著BMS的功能？傳統電池包的BMU位于包體內，向下鏈接各個模組，向上鏈接整車控制器（還可能有云服務器）。電池模組內的子控制器只承擔電芯監測的功能。而組合換電模式下，每個電池模組都相當于一個獨立的電池包。因此該電池模組的控制功能應該是健全的，能控制快充、慢充，能獨立的和整車控制器進行交互。當多個電池包共同作用于一輛車時，BMS之間誰說了算呢？
挑戰2、 模組間的通信問題
這還得說說模組間通信方式的問題。傳統方案有CAN通信還有菊花鏈通信的方式。低壓信號接口，無論是模組之間，還是電池包與整車之間，在設計上都是一個重點關照的地方。而寧德時代的方案，采取了非常有突破性的無線的方式，實現模組與模組之間的通信（車輛與BMS之間應該也是無線通信），從而完全回避了低壓接口的存在。好在BMS系統的數據對整車來說實時性要求不那么高，不過，有興趣的朋友可以思考下，這種組合換電模式下，無線傳輸的數據大概有哪些類型？
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跟傳統的BMS數據相比，數據種類上會發生哪些變化。比如，會包括電池包的歷史故障數據嗎？當多個電池塊共同服務于一輛車的時候，簡單的做法就是輪崗機制，也就是用完一塊再啟用另一塊。所以多個BMU可能同時被激活（這里需要計算續航里程），但是只有在工作的那塊電池模組的BMU作為主導。對于整車控制器來說，只和一個BMU通信顯然更高效一點。
挑戰3、電池塊的熱管理問題
另一個巨大的挑戰就是電池塊的熱管理問題，這也是看寧德時代的發布會最疑惑的一點。三元電池肯定少不了一套高效的熱管理系統，鐵鋰電池相對可以寬松一些熱管理的要求。以目前的適配車型奔騰NAT來說，配置的就是磷酸鐵鋰電池，電池塊舍棄掉熱管理裝置問題不大。但是，面對對溫度敏感的電池類型，電池模塊的熱管理系統怎么設計？這很有想象空間。
挑戰4、自動控制過程中的異常處理
此外，還有一個很尷尬但必須得考慮的點，在于，即使BMS系統能夠和換電站通信，實現自動換電，但是肯定還得配備一個手動操作的備選項，以防自動控制過程中出現異常。比如車輛發生碰撞，通信失靈、鎖止結構變形等等。極端情況肯定是作為車輛部件之一的電池系統必須考慮的。
三、組合換電模式下對BMS的好處
說了這么多組合換電模式下對BMS的挑戰和困難，其實本人還是非常看好的，這種方式下，對BMS開發也有助攻的地方。比如：
1、電池狀態估計可以更準
電池塊在換電站內接收充電的過程中，換電站有能力使用更強的算力、更復雜的狀態估計算法來校正電池的狀態數據。在我們以往的培訓班中，我們學員少不了吐槽我們教的算法太全、太復雜，實際項目中一個電流積分法簡單粗暴。那這種趨勢下，我們完全有條件來部署、應用更準確的估算模型。我們甚至可以充分利用積累的所有電池塊的數據，來訓練人工智能，來做預測和估算。
2、電池均衡可以更加高效
傳統電池管理系統中的電池均衡模塊，太受限于均衡功率，往往效率很低。但是在換電站中，對電池進行均衡就有了更加充裕的條件。
來源：汽車ECU開發
