二、端雲融合BMS(電池管理系統，Battery Management System)
電池的梯度利用是很多電動車跟電池製造商正在做的事，特斯拉在中國官網寫到：「出於環保和商業原因，相比回收再利用，延長電池組的使用壽命是一項優先選擇。
因此，在報廢消費級電池組並做回收處理之前，Tesla會盡一切努力，延長每個電池組的使用壽命。
Tesla分佈在世界各地的服務中心，可以處理不再滿足客戶需求的任何電池。
我們報廢的鋰離子電池，均未做填埋處理，可100％回收利用。」
還因為不合德國電池回收法規，被德國政府罰款。
JB Straubel，這位特斯拉原CTO離職後，創立的Redwood Materials就是做鋰電池的回收利用，已獲得亞馬遜(AMZN-US)的投資。
電池包的梯度利用，是電動車保有量上升後，有利可圖的生意。
蔚能就是做這塊生意的公司。
蔚能比起特斯拉做電池梯次利用，有獨特好處：換電
不同於特斯拉，要車主到服務中心才能進行電池更換報廢，蔚來車主只要到換電站換電，就會拿到合格的電池包，有問題的會被選汰，車主不用為電池包使用壽命費心。
為此，曾士哲說蔚來的BMS，在SoH(電池健康狀態，State of Health)與一般定義不同，不只看電容量，還要看用戶滿意度。
(一)個性化體驗
什麼叫用戶滿意度？
蔚來在BMS上面，找尋用戶敏感因子，針對用戶的用車習慣和環境，做個性化參數，目前已在100度電池包完成初步設定。
未來每台車的電池包，會進行個體優化。
有人喜歡運動化調教、有人就是日常代步，不同的駕駛習慣，對電池包的動力輸出跟耗電量有影響。
生活在不同緯度的人，不同的溫度影響電池包續航很大。
針對特定場景做優化，可以在同樣電量下，做到更長的續航，並且延長電池包的壽命。
就像特斯拉的BMS，借由數據挖掘，透過更新軟體的關鍵參數，改善電池的續航。
蔚來的100度電池包，在數據挖掘下，可以提升夏季續航10%、冬季續航7%和溫控效率30%，隨著數據越多，還能持續優化。
為什麼要這樣做？因為蔚來接下來要跳過120度，直接攻克150度電池包。
基於換電站運營的考量
蔚來想要讓換電站的電池規格簡單化，才會補貼客戶把84度電池包淘汰，之後換電站的電池包規格只有標準續航電池(70度三元鋰、75度三元鐵鋰)跟長續航電池(100度)。
如果先開發120度，再開發150度，電池包規格又會變多，換電站分配各種電池包數量挺麻煩(84度電池包就是如此，使用的車主少，又不能沒有)，要應付靈活升級，還需保留一部份的電池包冗餘，這都是運營成本。
規格太多，也會造成電芯產能的效率降低，效率降低又會使電池包成本上升，增加負擔。
不如直接攻克150度電池包，效益最大。
但150度電池包研發曠日廢時，在此之前的漫長等待，總不能什麼都不做。
利用端雲融合的BMS，可以持續讓電動車的續航里程上升，讓用戶有感，更能利用電池包大數據反饋。
蔚來的BMS不只有普通的直流內阻估算，還有電化學阻抗估算，電化學阻抗的變化更能顯示電芯的正常與異常，利用數據挖掘反饋給寧德時代，可以少走彎路，加快研發進程。
(二)BMS的大數據體系
這是打通電池包梯池利用的核心技術。
1.BLMS(全生命周期管理系統，Battery life management system)
有三個數據庫，分別是電池相關數據、車輛相關數據和應用場景相關數據。
什麼是應用場景？
換電、倉儲和工廠產品下線等，不在車輛使用場景下的狀況。
把三個數據庫打通做分析，可以看出每批次的不同，比如換電芯料、不同模組混料，電芯的特性會改變。
這樣就能知道同一批次的狀態，可以做批次管理，精準定位各批次狀況，如果出問題，能針對特定批次回收電池包。
2.BRMS(實時監控系統，Battry real-time monitoring system)
主要對安全相關狀態跟事件進行監控和預測。
透過售后服務團隊與換電，在異常發生前，把電池包先行處理，讓工程師可以在第一時間確認原因並且改進。
這系統在蔚來發生電池自燃後，把召回的處理進程加快很多。
蔚來也因為這次自燃召回，對BMS特別用心，尤其注重電池包安全性。
很多監測跟安全措施需要付出成本，蔚來有慘痛經驗，願意付出更多成本，把電池自燃的可能性降到最低，並衍伸出第三個BMS大數據系統。
3.BIT(電池問題終結者，Battery Issue Terminator)
電芯、模組、電池包和車輛都有可能出問題，把問題輸入進大數據系統，讓系統自動找尋批次、將問題分門別類和探查問題的根源。
希望能第一時間提前採取行動，幫用戶無痛解決問題。
為什麼說這是打通電池包梯次利用的核心？
BMS的意義是希望把化學、物理的內容透過算法將狀態數據化和透明化，唯有如此，才能對電池包的重要問題做出判斷，如衰減的原因、充電與續航的準確性、電池包安全的界定。
過去對電池包這些資訊不了解，對不了解的東西，估價只能以最低價評估，也就是材料回收的價格。
很多電池包離報廢還很遠，但因為缺失評估標準，為安全起見，只能以最差的價值回收。
要做電池的梯度利用，對電池包的資訊，尤其是全生命周期的數據非常必要。
蔚來是採分散式的BMS系統，可以針對個別模組做監控，也為之後的電池研發做準備。
(三)三元鐵鋰電池
降本增效是每個企業的努力目標，蔚來自然不例外。
在電動車中，電池占成本的大頭，因此從電池包下手，是降成本最快速有感的手段。
1.研發進程
使用磷酸鐵鋰(LFP)是電動車企的現在進行式，蔚來早已研發出68度的LFP電池包，不過LFP的SoC(State of Charge，電量狀態)估算不準、低溫續航血崩，這些問題沒解決，用戶體驗很不好，遭到李斌一票否決。
LFP的問題是材料特質決定，難以更改，怎麼破局？
把LFP跟三元鋰(NCM)電池混搭不就可以得到一個全方位電池？
LFP的優點是便宜跟安全性高，NCM的優點是能量密度高、低溫表現較好，小孩子才做選擇，我全都要。
這麼簡單的方法，其他車企不做，自然是有難題需要克服。
兩種不同材料的電芯，電化學體系不同，導致自放電率、充放電模式與衰減幅度不同，要如何做到兩者同步，才是問題所在。
蔚來是透過自身的BMS體系來解決問題。
寧德時代一開始給蔚來的方案電芯如同夾心餅乾，NCM與LFP交錯排列，但如此做成本比單純用NCM還貴，不但沒省到還多虧錢，否決。
曾士哲某天靈機一動，用一個NCM模組當SoC估算的標尺不就好了？
有方向就好辦了，說幹就幹。
忙了一陣子，SoC估算的問題已有解決方向，然而另一個低溫血崩的問題依然橫亙眼前，這道山不跨過去，李斌還是不會同意。
電池包的溫度分布並不均衡，中間溫度較高，四個角溫度最低，蔚來利用自己的BMS做了多種三元鐵鋰組合測試，才決定用現在的方式，增加一些NCM盡可能保溫。
最後的方案是LFP電芯104顆，NCM電芯14顆則分布在電池包的四個角落，還有隔熱材料與組裝工藝的改良，相較於LFP的低溫工況提升25%效率。
接下來是算法優化的工作。
2.雙體系估算法
由於兩者的電化學體系不同，因此需要對兩者的SoC估算做匹配。
主要有以下幾種情況：
(1)初始設定
NCM深度充放會對電芯造成不可逆傷害，因此滿充滿放皆以LFP為標準，NCM則當做三元鐵鋰的SoC標尺並且留有餘裕。
通過LFP滿充滿放驗算SoC估算精度是否有所偏離。
(2)主動均衡
由於LFP在前期電芯衰減的速度大於NCM，勢必會使SoC估算失準，需要重新移動標尺，以算出新的SoC。
之前NCM不是留有餘裕嗎？此時正是派上用場之時。
將充放兩端移動到新的平衡點，依然會保持容量一致，不過會產生新的問題，NCM電芯跟三元鐵鋰SoC的端點之間，可能會有空白，此段空白容易導致過度充放。
過充過放會對電芯造成不可逆的傷害，嚴重時甚至會引發熱失控。
蔚來怎麼解決？
設置一個大功率的DC/DC(高低壓直流轉換器)做電池主動均衡，取長補短，做區間的動態調整。
此時就要靠BRMS，利用算法估算電芯間的SoC差距，結合兩者的最優容量保持率、最優功率特性，將電能補充到匱乏的位置，背後依靠的是BMS雲端協同的複雜算法體系支持。
透過這套複雜的算法，三元鐵鋰電池包的SoC估算精度接近NCM的3%誤差，相較於LFP的10%誤差，已經大幅改善估算精度。
如果依然無法解決三元鐵鋰的SoC估算問題，需要對電池包進行深度充放重新估算，其他車企要回到4S店才能解決。
蔚來只要電池包進入換電體系，利用換電站在充電時對三元鐵鋰進行重新估算，2代換電站有足夠的冗餘，有空間重新校準電池包的SoC。
(四)電池包退出流通
當BMS檢測到電池包狀態不健康，由於電池包的SoC受到木桶效應影響(一個木桶的盛水量由最短的木板決定)，決定電池包壽命是狀態最差的電芯。
如果最差的電芯與其他健康電芯的均衡狀態差太遠(BMS會在充放電時做均衡，盡量平衡各模組狀態一致，避免過充和過放，能減少熱失控，延長電池包壽命)，蔚來可以透過個別提醒換電把電池包換掉，退出流通。
退出流通不是結束，而是開始，電池包的梯度利用就此展開。
創作內容
蔚來(NIO-US)全戰略藍圖分析(五)電池技術之BMS
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