BMS：新能源汽車行車安全的保護(hù)神

電池管理系統(tǒng)(BMS)是電池與用戶之間的紐帶，主要對(duì)象是二次電池，主要就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電，可用于電動(dòng)汽車，水下機(jī)器人等。

在新能源汽車產(chǎn)業(yè)冉冉升起的當(dāng)下，伴隨著新能源汽車數(shù)量的激增，關(guān)于各類新能源汽車事故的報(bào)道也逐漸進(jìn)入了公眾視野。新能源汽車的安全問題已經(jīng)成為各方關(guān)注的社會(huì)熱點(diǎn)問題。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2010年以來，我國新能源汽車安全事故共有49例，分析這49例事故，充電、電池故障、碰撞、涉水是引發(fā)安全事故的主要誘因，而其中電池故障導(dǎo)致的事故超過總量的50%。引發(fā)電池故障的誘因是多種多樣的，但主要表現(xiàn)在動(dòng)力電池在熱濫用、電濫用和機(jī)械濫用等因素下導(dǎo)致動(dòng)力電池的能量集中釋放，其中包括電能的釋放和化學(xué)能的釋放，最后集中表現(xiàn)在動(dòng)力電池出現(xiàn)熱失控?cái)U(kuò)展而引發(fā)車輛的燃燒和爆炸上。

目前為了提高車輛的性能，各家車企都在嘗試為自己的新能源車型上添加比能量更高的動(dòng)力電池。新能源汽車行業(yè)似乎興起了一場高比能量電池的技術(shù)風(fēng)潮。動(dòng)力電池比能量越高，也意味著發(fā)生事故后的造成的危害也就越大，乘車人員也面臨著更高的安全風(fēng)險(xiǎn)。一支能量密度在350wh/kg的高比能量電芯，其發(fā)生熱失控時(shí)釋放溫度可以高達(dá)1200℃。而車輛電池包中往往包含成百上千支電芯，一旦發(fā)生安全事故，后果是難以想象的。同時(shí)除了由熱失控?cái)U(kuò)展造成的燃燒、爆炸外，乘客還將有可能面對(duì)電能釋放和化學(xué)物質(zhì)外漏造成電侵害和化學(xué)侵害的問題。新能源汽車的安全技術(shù)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

工程師們都在想方設(shè)法提高新能源汽車的安全性能，以減少車輛事故的發(fā)生概率，降低事故發(fā)生時(shí)乘車人員的損害，提高事故發(fā)生后乘車人員被救助的幾率。除了通過對(duì)整車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)車體材料進(jìn)行升級(jí)，完善車輛的安全系統(tǒng)，工程師們還把目光聚焦在新能源汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)上。

新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)主要由電芯+BMS+熱管理組件和封裝材料構(gòu)成，動(dòng)力電池系統(tǒng)安全性的提升依賴于安全優(yōu)質(zhì)的電芯，先進(jìn)的BMS技術(shù)，完善的熱管理系統(tǒng)，成熟的構(gòu)型技術(shù)、防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和保護(hù)電路等，而BMS作為串聯(lián)各種功能的“指揮官”，成為提高新能源汽車安全性能的關(guān)鍵。

BMS的主要職能是對(duì)新能源汽車的動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)行安全監(jiān)控和管理。受到新能源汽車整車技術(shù)線路的影響，車輛搭載的BMS系統(tǒng)也會(huì)有略微的區(qū)別。但BMS的基本功能至少包括：電池參數(shù)檢測(SOC、SOH、SOE)、故障診斷、安全控制與報(bào)警、均衡控制、溫度控制、功能安全、EMC等。BMS對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全管理，特別是對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)熱失控的預(yù)防和處理，對(duì)新能源汽車安全性能的提升尤為重要。

BMS在設(shè)計(jì)上應(yīng)該對(duì)熱失控發(fā)生的誘因進(jìn)行預(yù)防和排除。在整體設(shè)計(jì)上要考慮到車輛可能出現(xiàn)的電濫用(過沖、過放、電器短路等)、熱濫用(熱積累、溫度組件失控等)、機(jī)械濫用(碰撞、傾覆、穿刺、跌落等)。BMS對(duì)車輛的電池系統(tǒng)發(fā)生的熱失控管理可以分為初發(fā)熱失控和熱失控?cái)U(kuò)展兩個(gè)方面。在初發(fā)熱失控階段，BMS通過內(nèi)置的芯片和傳感器，對(duì)電芯的電壓、溫度等數(shù)據(jù)的收集，分析電芯的工作狀態(tài)。當(dāng)熱失控出現(xiàn)時(shí)，BMS鎖定處于異常狀態(tài)的電芯，向乘車人員發(fā)出警報(bào)。通過判斷電芯出現(xiàn)異常的原因，BMS可以利用均衡、降溫、加熱、隔離等手段抑制熱失控，防止熱失控?cái)U(kuò)展的出現(xiàn)。在車輛的動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)入熱失控?cái)U(kuò)展后，BMS在發(fā)出警告的同時(shí)，調(diào)節(jié)動(dòng)力電池?fù)Q氣系統(tǒng)，加大水冷卻，開啟滅火措施，對(duì)電芯進(jìn)行局部或整體的熔斷，切斷動(dòng)力電池系統(tǒng)的電力供應(yīng)，抑制熱失控?cái)U(kuò)展的發(fā)展。

BMS技術(shù)近年來已經(jīng)有了很大提升，很多方面都已經(jīng)進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，但有些部分仍不夠完善，與三電技術(shù)相比，BMS還不是很成熟，具備很大的提升空間。在數(shù)據(jù)收集方面，例如SOC(電池剩余容量)參數(shù)對(duì)動(dòng)力電池的放電調(diào)節(jié)、電池安全、使用壽命，以及對(duì)充電機(jī)CAN通訊等造成直接影響的估算精度方面還有很大的進(jìn)步空間。在熱管理組件方面，先進(jìn)的BMS已經(jīng)可以將放電溫度調(diào)節(jié)在±2℃以內(nèi)，而大部分的BMS系統(tǒng)的調(diào)節(jié)誤差在±5℃，未來還可以進(jìn)行突破。

除了BMS上的問題外，BMS在應(yīng)用中暴露出一些問題同樣值得思考。典型的例子就是BMS和整車電控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)這個(gè)說大不大說小不小的問題。

我們知道，BMS采取安全應(yīng)急措施是基于動(dòng)力電池系統(tǒng)工作狀態(tài)而決定的。但在新能源汽車實(shí)際使用過程中，BMS需要收集更多的參數(shù)才能做出正確的決定。新能源汽車在靜止充電或低速行駛時(shí)，動(dòng)力電池系統(tǒng)出現(xiàn)熱失控?cái)U(kuò)展，BMS進(jìn)行斷電處理是正確的判斷。但車輛在高速公路高速行駛的過程中出現(xiàn)類似狀況，BMS進(jìn)行斷電處理則有可能釀成事故。這也是車輛的BMS系統(tǒng)未能同整車的電氣系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)導(dǎo)致的典型問題。

BMS在檢測到熱失控后進(jìn)行報(bào)警，提示給駕駛員。駕駛員是否會(huì)采納?駕駛員是否會(huì)因?yàn)锽MS的報(bào)警而受到驚嚇，醞釀出更加嚴(yán)重的問題?特別是新能源客車，乘客在得知車輛出現(xiàn)危險(xiǎn)后，會(huì)不會(huì)因逃生而發(fā)生擁擠和踩踏事故，造成不必要的人員傷亡?車輛的電氣系統(tǒng)能否及時(shí)做出協(xié)同，比如亮起車輛的雙閃，輔助降低車速?如果能將車輛外部傳感器的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到BMS中，則可能使BMS做出更加準(zhǔn)確的判斷，那么這些問題也許就能解決。

近年來國內(nèi)的專家學(xué)者已經(jīng)開始了針對(duì)BMS和整車協(xié)調(diào)問題進(jìn)行研究和探索，但想要解決這一問題，還面臨著較大的困難。車企和BMS企業(yè)雖然都有可能意識(shí)到其中存在的安全隱患，但由于缺乏相關(guān)的政策規(guī)范，目前BMS和整車的電氣協(xié)同問題目前還處于模棱兩可的狀態(tài)。對(duì)于車企而言，這可能意味著將要支付巨額的生產(chǎn)成本，而對(duì)于BMS企業(yè)而言，在向車企開放接口的過程中則有可能導(dǎo)致核心技術(shù)的泄漏，從而喪失市場競爭優(yōu)勢。

新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，產(chǎn)品的安全屬性是基石，沒有了這塊基石再輝煌的產(chǎn)業(yè)也將變成空中樓閣。未來新能源汽車將面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，我不殺伯仁，伯仁因我而死。整車和BMS企業(yè)除了在自身各項(xiàng)技術(shù)的提升上下功夫，還應(yīng)將新能源汽車作為一個(gè)有機(jī)整體考慮各個(gè)部件、各項(xiàng)技術(shù)之間的銜接和協(xié)同問題，真正將使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全放在第一要位，也只有這樣，新能源汽車產(chǎn)業(yè)才能在堅(jiān)固的根基上實(shí)現(xiàn)飛躍。