電動車起火原由及對策分解頻繁起火背后的BMS困局

2021-04-25 ryder

自新能源汽車走入大眾生活以來，發生起火和自燃事件是屢見不鮮，每次事故都備受市場關注。近期特斯拉、蔚來、榮威、比亞迪4大品牌的新能源電動車先后發生起火事件。這一方面體現了大家對新能源汽車的關注度非常高，對發展新能源汽車寄予了厚望，是一件好事；但與此同時，新能源汽車發展中的任何瑕疵也都暴露無遺，可謂“動一發而牽全身”。并不是惟有新能源汽車會因事故碰撞導致燃燒，傳統燃油車也一樣會燃燒。依據美國消防局的數據，美國公路上每年約莫有19.4萬輛汽車著火，64%始于引擎區域，每年約莫有300人在汽車起火事件中死亡，另有1250人受傷，多數起火的汽車都是燃油車。

所以說，新能源汽車電池因事故起火不是最要命的，就像傳統燃油車發生事故會導致車輛燃燒一樣，這并非車輛本身的技術、質量等問題造成的，而是涉事動力電池企業和電動車企，不重視安全，為了降低成本，對電芯品控不嚴、BMS設計要求太低、沒有對動力電池組足夠的安全設計保護等，是可以控制的。不過在眾多的起火事件中，我們需要認真分解，有區別的對待問題，分解新能源汽車起火的原由，確定電池安全的影響因素。電動車自燃事故之所以廣受關注并且容易造成恐慌的最緊要原由，就是沒能認真分解，并找出根本原由向大眾公布。

新能源汽車著火原由非常復雜，可以歸納總結主要聚集在兩個方面：一、車輛動態運行中，重大碰撞事故導致電池起火，這方面問題燃油車也難以避免，市場不應當過度地去解讀電池質量、安全等問題，而是需要更多地關注車輛被動安全中對車主生命的保障能力；二、車輛靜態放置下，由于電池系統管理不完善、通訊不兼容、與充電設備通訊障礙導致的電池過充、短路、漏液等問題不能提前監控、報警，從而引起熱失控、自燃、起火等問題，這方面是需要電池、BMS、Pack、整車、充電樁等多方共同合作來完成的，各個環節的協調合作，通過電池管理系統（BMS）實現對電池安全的被動安全管理。

要怎么樣不斷提升新能源汽車安全性，需要電池企業、BMS企業、Pack企業、新能源整車企業、充電設備企業的協同。很多電池企業對電池的化學性能非常知道，Pack和整車企業對電子、通訊、集成技術比較知道，充電設備企業對電力、電控、數據監控等技術比較擅長，但發展新能源汽車是需要對電化學、電力、電子、計算機等技術進行最優化的集成。

而目前的現狀卻是針對不同車企的不同需求，電池Pack企業為車企提供適合車企能量要求、循環壽命要求、經濟性要求的電池組，充電設備企業為車企提供符合車企充電電壓、電流、功率、計費等需求的充電設備，都被簡單視為新能源汽車的一個零部件。充電設備企業與電池BMS企業基本是隔離狀態，平時更是少有來往。BMS企業基本上只要滿足PACK企業技術要求就萬事大吉，很少能做到與電池PACK企業、整車企業的同步溝通。目前“BMS企業-電池企業-Pack企業-整車企業-充電設備企業”五者之間的溝通不足，共同的合作開發也相對零碎，停留在部分環節之間，這就大大增加了整個系統集成而帶來的安全隱患。

電池管理系統（BMS）在整個系統集成中起到非常緊要的作用。

例如在新能源汽車安全性問題中，最易發生問題的充電環節。由于電壓、電流過高，或電池過充等導致電池熱失控從而引發燃燒，所以通過CAN通訊協議實現充電設備與電池管理系統之間的實時通訊是非常緊要的。電池管理系統與充電機之間沒有能夠形成很好協調，導致了電池管理系統形同虛設，充電機在接收電池相關數據不全面時未能終止充電。而電動知家發現目前國內充電數據監控平臺也只是視為一個簡單的車輛充電次數、行駛里程等簡單數據的收集系統，還很難做到歷史數據分解、車輛充電安全預警等功能。

再如電動車的電池pack設計也很緊要，非得要保證鋰離子電池pack的散熱設計的安全性和可靠性，而且電池管理系統（bms）對電池過熱的監測一定要到位，因為一般來說，鋰離子電池pack出現安全問題表現為燃燒甚至爆炸，出現這些問題的根源在于電池內部的熱失控，除此之外，一些外部因素，如過充、火源、擠壓、穿刺、短路等問題也會導致電池起火爆炸。一旦電池出現熱失控現象，BMS首先要能夠精準的測試出來，識別出詳盡是哪一個電芯模塊發生了熱失控，然后它會馬上做兩件事：第一，強制啟動液冷系統，以降低熱失控蔓延速度，延緩爆發時間；第二，跟整車系統配合，通知乘客趕緊逃離。但可惜的是，目前國內的BMS都還處于初級階段，只具備一些基礎功能，如顯示電壓電流，對充電放電進行管理等等。很多廠家推出的BMS其實都還沒有真正的熱失控管理功能。”

如果把電池組比作一個有機生命，模塊化集成的電芯相當于這個有機生命的“身體”，筆直為電動車提供驅動電能；而作為管理系統的BMS則相當于“大腦”，它的作用是實時估測電池的荷電狀態，測試電池使用狀態，并對電池該要怎么樣發揮作用進行筆直管控。除此之外，它還要跟整車系統、充電樁進行信息交換。每一個電芯，都有不同的“體質”。詳盡表今朝如內阻、自放電率、衰減率、極化等專業參數上。雖然，專業的技術人員，都會對電池的“體質”進行分組，以減小單體之間的差異，但是電池的“體質”和人一樣，會隨使用時間，出現變化。質量好的電芯，“體質”差異相對小，要做到這一點，選用材料一致性要好，加工過程自動化水平要高，品質標準要高，由此成本也高。反之，質量差的電芯，成本低，個體差異大，就有很大的安全隱患。比如在充電過程中，個別電芯發生過熱著火。但電芯永遠不可能完全一致，此時需要BMS介入，負責電池的管理策略。BMS對電池管理之前，首先要掌握電池的信息，這惟有通過傳感器監測來實現。也就是說，傳感器越多，傳感器的精度越高，反饋的數據越全面，BMS對電池的判斷則會越準確。但是，相應的，成本也就越高。充電過程中，電芯、BMS、傳感器，三個環節配合不好，自燃就有可能發生。

電池管理系統（BMS）的緊要性不言而喻，然而不管是車企、電池PACK企業、充電設備企業、BMS企業，相關工程技術人員對BMS的認識卻并不透徹。這就給后期產品系統集成帶來了困難。BMS開發是一項系統全面的工程，需要掌握的知識非常廣，要懂得軟件、硬件、結構等，要懂車、電池、充電等，還要了解ISO26262,autosar。

要怎么樣成為一名優秀的新能源汽車工程師？那你非得對BMS有更深刻系統全面的認識。至少需要知道九大方面的內容，新能源汽車結構與原理、動力電池基礎、IS026262功能安全標準、控制策略開發與MATLAB使用、AUTOSAR汽車開發系統架構、電池建模及狀態估計算法、動力電池熱管理技術、電池管理系統設計及實現技術、動力電池探測與驗證等。

1、新能源汽車結構與原理

新能源汽車與電動車要怎么樣定義？新能源汽車動力電池系統、電機驅動系統、新能源汽車高壓系統、新能源汽車附件在整車當中的位置及作用？

2、動力電池基礎

開發動力電池管理系統需要知道電池的基本結構及工作原理、主要性能參數（例如額定電壓、額定功率、能量密度、功率密度等）及探測辦法、電池基本特性（溫度特性、放電特性等）及分解辦法。

3、IS026262功能安全標準

隨著電子電氣系統越來越集成和復雜，其安全性也越發顯得緊要。因此，對功能安全的考慮應當深入工程師的設計思維。而ISO26262正是國際標準化組織專門針對汽車電子電氣系統制定的功能安全標準，目前已經在汽車行業廣泛推行。

4、控制策略開發與MATLAB使用

控制策略開發的流程、規范及所需用到軟件工具、功能模塊。MATLAB/Simulink在汽車控制策略開發中的實際使用，以及建模規范（MAAB）。

5、AUTOSAR汽車開發系統架構

AUTOSAR，即汽車開發系統架構（AutomotiveOpenSystemArchitecture），是一套支持分布式的、功能驅動的汽車電子軟件開發辦法和電子控制單元上的軟件架構標準化方案，目前AUTOSAR聯盟已經包括寶馬、大眾、福特、豐田、BOSCH、大陸集團等眾多汽車企業、汽車電子企業等。

6、電池建模及狀態估計算法

動力電池的很多參數具有非線性的特點，給電池的狀態評估和建模帶來了極高的挑戰，也因此成為動力電池管理系統開發的核心工作內容之一。