電池也要大數(shù)據(jù) 微軟的新型電池管理技術

    鋰電世界  消費類電芯，因為用電器件需要電量相對較小，單體電芯的電量輸出基本就能滿足要求，所以很少需要幾個電芯一起配合使用。單體電芯電量小，遇到電量輸出較高的使用場合，比如電動汽車和儲能等，就需要很多電芯進行串并聯(lián)，獲得比較高的輸出電壓/輸出電量/輸出電流/輸出功率等。如下圖(圖1和圖2)一樣，很多方形電芯和圓柱電芯(18650)并成一個模組，很多模組再并成一個pack,作為電動汽車的動力來源。網上有人拆解過特斯拉model S，85Kwh的電池包，7104節(jié)松下生產的圓柱電芯，每444節(jié)一組并聯(lián)，共16組，組間串聯(lián)，組成電池包。

    馬斯特敢這么干，不一定誰都可以這么想。首先，松下的小圓柱技術爐火純青，兼顧成本低廉和性能一致性。有笑話稱，如果用兩臺機器去測試松下的電池，出來的曲線不一樣，你首先懷疑的應該是你的測試問題。電池生產工藝復雜，影響電芯一致性的因素繁多，從前至后，除了材料本身的一致性之外，還有諸如配料/攪拌/涂布/冷壓/分條/卷繞/注液/化成等。為了提高電池出貨一致性，電池廠家還會在化成后增加分選工序，挑選出那些阻值偏移較大/自放電比較嚴重的電池。

    電芯一致性如果不好，會嚴重影響電池使用的壽命，縮短電池包使用年限。單體電芯在經過很多次充放電后，因為表面SEI膜增長/副反應增多/隔離膜孔洞被堵塞等原因，可逆容量會有所衰減，容量衰減到初始容量的80%時，將嚴重影響電動汽車的設計功能發(fā)揮。模組中電芯如果一致性較差，使用同一電流進行充放電時，會造成某些電池的過充或過放，這會大大縮短整體的循環(huán)壽命電池，不一致性將導致電池組內其它單體發(fā)生多米諾骨牌效應式的連鎖反應。如循環(huán)壽命1000次左右的電芯，在電池組中的實際循環(huán)次數(shù)只有200次左右。但是，如果電芯一致性就是不好，成組還能用不？

    傳統(tǒng)的BMS肯定是拒絕的，但是如果是SDB(software defined battery)就不一定了。傳統(tǒng)的BMS一根充電線進來，給所有的電池充電/記錄/截至，然后再輸出。如果電芯一致性較差，上邊所描述的那些問題就會一一發(fā)生。再進一步，如果我們腦洞再開大一點，我在我的電池包里安裝上兩種電池，一種用于應對低速巡航時的低倍率放電工況，另一種用于應對高速急停時的高倍率放電工況。

    不同的電芯體系具有不同的特點，常考慮的能量密度/功率密度/成本/壽命/柔性等指標也是相互沖突，如果需要在同一模組中使用不同體系電芯，搭配出一個綜合性能突出的產品，傳統(tǒng)的BMS就比較困難了。微軟覺得，這個可以這樣做：給每一個電池都加上一個充電放電管理微裝置(smart switching circuitry)，收集每個電池的充放電電壓/電流/電阻，實現(xiàn)智能分流調配，使每個電芯的充放電情況接近于單體電芯，最大化電芯的使用價值。這種電芯管理模式的主要難點在于收集到這些數(shù)據(jù)之后的分析與電流調配，微軟為之開發(fā)了一個比較復雜的算法，并將使用這種電池管理模式的電池包為Software defined battery。

    更關鍵的是，這種電池管理模式可以實現(xiàn)不同化學體系的混排管理。儲能方式萬萬千，優(yōu)點缺點不盡同。不同的電壓/不同的電阻/不同的充放電倍率，這些電池組合在一起，能夠正常工作么？微軟就此，利用SDB，進行一個實驗，得到了良好結果(Battery Management for2-in-1s)。還有，在智能手表中，利用表帶可以裝配柔性的固態(tài)電池，搭配表盤下的聚合物鋰電池，可以更好的延長待機時間，這就需要SDB更好的調控固態(tài)電池與液態(tài)電池之間的配合了。

    至于這么多的充放電微裝置的引入，錢(成本)的問題，大佬們說“都不是事兒(We believe the BoM cost and space requirement of our SDB solution will not be significant)”。以后，這個SDB系統(tǒng)還會連入整車物聯(lián)網，理解你的個人行為和用戶schedule等，服務您的出行。啊，我們電池也大數(shù)據(jù)物聯(lián)網起來了，洋氣。