消費類電(diàn)器(qì)功率都比較小(xiǎo)，因此通(tōng)常都是單隻電(diàn)池，最多(duō)就4節或6節等，這樣配阻相對而言比較容易。但(dàn)是到了動力電(diàn)池時(shí)代就不是這樣了，特斯拉使用了7104節18650電(diàn)芯，如此多(duō)的電(diàn)芯一起使用電(diàn)源管理(lǐ)方案該有(yǒu)多(duō)複雜可(kě)想而知。其實現實中還(hái)有(yǒu)比這更恐怖的事情，現在已經有(yǒu)公司在嘗試設計(jì)儲能式的地鐵(tiě)，在每站(zhàn)停靠時(shí)充電(diàn)，而在運行(xíng)途中脫離電(diàn)線，如果這一方案付諸實施，那(nà)麽将是以十萬計(jì)的電(diàn)芯作(zuò)為(wèi)能量。這麽多(duō)的電(diàn)芯如何做(zuò)電(diàn)源管理(lǐ)系統，其穩定性和(hé)壽命又如何保證？
不吊大(dà)家(jiā)胃口，惟尚先告訴大(dà)家(jiā)智能管理(lǐ)BMS肯定能做(zuò)到，但(dàn)卻不是現在。
消費類電(diàn)芯，因為(wèi)用電(diàn)器(qì)件需要電(diàn)量相對較小(xiǎo)，單體(tǐ)電(diàn)芯的電(diàn)量輸出基本就能滿足要求，所以很(hěn)少(shǎo)需要幾個(gè)電(diàn)芯一起配合使用。單體(tǐ)電(diàn)芯電(diàn)量小(xiǎo)，遇到電(diàn)量輸出較高(gāo)的使用場(chǎng)合，比如電(diàn)動汽車(chē)和(hé)儲能等，就需要很(hěn)多(duō)電(diàn)芯進行(xíng)串并聯，獲得(de)比較高(gāo)的輸出電(diàn)壓/輸出電(diàn)量/輸出電(diàn)流/輸出功率等。如下圖(圖1和(hé)圖2)一樣，很(hěn)多(duō)方形電(diàn)芯和(hé)圓柱電(diàn)芯(18650)并成一個(gè)模組，很(hěn)多(duō)模組再并成一個(gè)pack，作(zuò)為(wèi)電(diàn)動汽車(chē)的動力來(lái)源。網上(shàng)有(yǒu)人(rén)拆解過特斯拉model S，85Kwh的電(diàn)池包，7104節松下生(shēng)産的圓柱電(diàn)芯，每444節一組并聯，共16組，組間(jiān)串聯，組成電(diàn)池包。
馬斯克敢這麽幹，不一定誰都可(kě)以這麽想。首先，松下的小(xiǎo)圓柱技(jì)術(shù)爐火(huǒ)純青，兼顧成本低(dī)廉和(hé)性能一緻性。有(yǒu)笑話(huà)稱，如果用兩台機器(qì)去測試松下的電(diàn)池，出來(lái) 的曲線不一樣，你(nǐ)首先懷疑的應該是你(nǐ)的測試問題。電(diàn)池生(shēng)産工藝複雜，影(yǐng)響電(diàn)芯一緻性的因素繁多(duō)，從前至後，除了材料本身的一緻性之外，還(hái)有(yǒu)諸如配料/攪拌 /塗布/冷壓/分條/卷繞/注液/化成等。為(wèi)了提高(gāo)電(diàn)池出貨一緻性，電(diàn)池廠家(jiā)還(hái)會(huì)在化成後增加分選工序，挑選出那(nà)些(xiē)阻值偏移較大(dà)/自放電(diàn)比較嚴重的電(diàn)池。 電(diàn)芯一緻性如果不好，會(huì)嚴重影(yǐng)響電(diàn)池使用的壽命，縮短(duǎn)電(diàn)池包使用年限。單體(tǐ)電(diàn)芯在經過很(hěn)多(duō)次充放電(diàn)後，因為(wèi)表面SEI膜增長/副反應增多(duō)/隔離膜孔洞被堵 塞等原因，可(kě)逆容量會(huì)有(yǒu)所衰減，容量衰減到初始容量的80%時(shí)，将嚴重影(yǐng)響電(diàn)動汽車(chē)的設計(jì)功能發揮。模組中電(diàn)芯如果一緻性較差，使用同一電(diàn)流進行(xíng)充放電(diàn) 時(shí)，會(huì)造成某些(xiē)電(diàn)池的過充或過放，這會(huì)大(dà)大(dà)縮短(duǎn)整體(tǐ)的循環壽命電(diàn)池，不一緻性将導緻電(diàn)池組內(nèi)其它單體(tǐ)發生(shēng)多(duō)米諾骨牌效應式的連鎖反應。如循環壽命1000 次左右的電(diàn)芯，在電(diàn)池組中的實際循環次數(shù)隻有(yǒu)200次左右。但(dàn)是，如果電(diàn)芯一緻性就是不好，成組還(hái)能用不？
傳統的BMS肯定是拒絕的，但(dàn)是如果是SDB(software defined battery)就不一定了。傳統的BMS一根充電(diàn)線進來(lái)，給所有(yǒu)的電(diàn)池充電(diàn)/記錄/截至，然後再輸出。如果電(diàn)芯一緻性較差，上(shàng)邊所描述的那(nà)些(xiē)問題就會(huì)一 一發生(shēng)。再進一步，如果我們腦(nǎo)洞再開(kāi)大(dà)一點，我在我的電(diàn)池包裏安裝上(shàng)兩種電(diàn)池，一種用于應對低(dī)速巡航時(shí)的低(dī)倍率放電(diàn)工況，另一種用于應對高(gāo)速急停時(shí)的高(gāo)倍 率放電(diàn)工況。不同的電(diàn)芯體(tǐ)系具有(yǒu)不同的特點，常考慮的能量密度/功率密度/成本/壽命/柔性等指标也是相互沖突，如果需要在同一模組中使用不同體(tǐ)系電(diàn)芯， 搭配出一個(gè)綜合性能突出的産品，傳統的BMS就比較困難了。
微軟覺得(de)，這個(gè)可(kě)以這樣做(zuò)：給每一個(gè)電(diàn)池都加上(shàng)一個(gè)充電(diàn)放電(diàn)管理(lǐ)微裝置(smart switching circuitry)，收集每個(gè)電(diàn)池的充放電(diàn)電(diàn)壓/電(diàn)流/電(diàn)阻，實現智能分流調配，使每個(gè)電(diàn)芯的充放電(diàn)情況接近于單體(tǐ)電(diàn)芯，最大(dà)化電(diàn)芯的使用價值。這種電(diàn) 芯管理(lǐ)模式的主要難點在于收集到這些(xiē)數(shù)據之後的分析與電(diàn)流調配，微軟為(wèi)之開(kāi)發了一個(gè)比較複雜的算(suàn)法，并将使用這種電(diàn)池管理(lǐ)模式的電(diàn)池包為(wèi)Software defined battery。
更關鍵的是，這種電(diàn)池管理(lǐ)模式可(kě)以實現不同化學體(tǐ)系的混排管理(lǐ)。儲能方式萬萬千，優點缺點不盡同。 不同的電(diàn)壓/不同的電(diàn)阻/不同的充放電(diàn)倍率，這些(xiē)電(diàn)池組合在一起，能夠正常工作(zuò)麽？微軟就此，利用SDB，進行(xíng)一個(gè)實驗，得(de)到了良好結果(Battery Management for 2-in-1s)。還(hái)有(yǒu)，在智能手表中，利用表帶可(kě)以裝配柔性的固态電(diàn)池，搭配表盤下的聚合物锂電(diàn)池，可(kě)以更好的延長待機時(shí)間(jiān)，這就需要SDB更好的調控固态電(diàn)池與液态電(diàn)池之間(jiān)的配合了。
至于這麽多(duō)的充放電(diàn)微裝置的引入，錢(qián)(成本)的問題，大(dà)佬們說“都不是事兒(We believe the BoM cost and space requirement of our SDB solution will not be significant)”。以後，這個(gè)SDB系統還(hái)會(huì)連入整車(chē)物聯網，理(lǐ)解你(nǐ)的個(gè)人(rén)行(xíng)為(wèi)和(hé)用戶schedule等，服務您的出行(xíng)。
