鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：956次 | 2021年05月11日
想和特斯拉掰手腕？先解決電動(dòng)汽車自燃問(wèn)題
主機(jī)廠都為他們的電動(dòng)汽車配備了BMS,那為何還是不能制服電動(dòng)汽車的火爆脾氣,防止或減少冒煙、自燃甚至爆炸事故呢?顯而易見(jiàn),上述BMS是有線連接方式,一旦因汽車惡劣環(huán)境而出現(xiàn)線纜連接問(wèn)題,系統(tǒng)便形同虛設(shè)了。
近日,比亞迪股份董事長(zhǎng)王傳福在“2021我國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇”上呼吁,將電池針刺試驗(yàn)納入國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)……但是,這就可以消除大多數(shù)發(fā)熱自燃的事故隱患嗎?另外,主機(jī)廠不是都在電動(dòng)汽車上搭載了BMS(電池管理系統(tǒng))嗎,怎么關(guān)鍵時(shí)刻掉鏈子呢?是像王傳福建議所指從電池入手,還是在BMS上做文章,哪個(gè)更加有普遍意義呢?
為何發(fā)熱、冒煙、自燃?
電動(dòng)汽車自燃的原因很多,但八九不離電池。王傳福的“將電池針刺試驗(yàn)納入國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),繼續(xù)完善電動(dòng)汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),因?yàn)獒槾淘囼?yàn)是動(dòng)力鋰電池測(cè)試中非常有效、苛刻的一種方法”并沒(méi)有錯(cuò),但針刺試驗(yàn)只涉及電池化學(xué)類型和電池包設(shè)計(jì)是否經(jīng)得起針刺,并沒(méi)有覆蓋電池自燃的更多原因。
三種動(dòng)力鋰電池針刺測(cè)試結(jié)果
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
問(wèn)題在于自燃是在什么情況下發(fā)生的:
是否電動(dòng)汽車都是在路上跑著因外力用途所致?車停在那里或是在充電,并沒(méi)有刺穿,也沒(méi)有碰撞,也會(huì)燒起來(lái)。
除了電池本身刺穿,是否還有更多其他因素,如顛簸、碰撞、進(jìn)水所致電路短路等?
因此,針刺可能有以蠡測(cè)海之嫌。
眾所周知,燃燒的最重要條件就是溫度。夏天高溫,純電動(dòng)汽車或其他車型都容易發(fā)生自燃,因?yàn)殡姵?、電路最怕高?超過(guò)溫度臨界點(diǎn)就會(huì)引起局部發(fā)熱,出現(xiàn)冒煙直至自燃。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
可是,在寒冷的冬天,電動(dòng)汽車自燃事故也不少。雖然外界環(huán)境溫度很低,但顛簸、碰撞、積水路段行駛、電池電解液泄漏等都可能導(dǎo)致電池正負(fù)極或相關(guān)線路短路,使局部接觸電阻變大出現(xiàn)高溫,也就是熱失控,引燃周圍材料。
在現(xiàn)有電池化學(xué)條件下,要從電池本身防止發(fā)熱自燃還不太可能,磷酸鐵鋰和三元鋰電都有自燃發(fā)生,雖然也有廠商稱其電池“永不自燃”,能信么?因此,必須利用一些手段來(lái)監(jiān)測(cè)和控制電池發(fā)熱,保證其在正常溫度條件下供應(yīng)電力。
電池監(jiān)控已成標(biāo)配
分析表明,目前切實(shí)可行的辦法還是撇開(kāi)電池材料乃至電池包設(shè)計(jì),從電池使用角度解決如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池異常,迅速采取措施的問(wèn)題。這就是人們熟知的BMS。
不管是什么類型電池,都要在有限溫度和工作電壓范圍內(nèi)工作,以獲得最佳性能和最安全運(yùn)行,同時(shí)還要防止生產(chǎn)工人、車主、機(jī)械師和車輛回收商免受高壓和電擊,并防止電池穿刺和沖擊損傷,防止電池中泄漏或排出液體和氣體的影響。
與ICE車輛比,動(dòng)力鋰電池安全高效工作的溫度范圍更加有限,還要考慮車輛使用或充電中電池組設(shè)計(jì)的熱安全。因此,監(jiān)測(cè)電池電壓和溫度就成為了動(dòng)力鋰電池最佳性能和最安全操作的保證。每種類型電池的電壓和溫度范圍都不相同,超出此范圍就可能發(fā)生不良副反應(yīng),從而導(dǎo)致過(guò)度自熱、內(nèi)部電氣短路,這是級(jí)聯(lián)熱失控的第一步,是最大的安全隱患。
為了使電池組保持在安全工作范圍,可以使用電池監(jiān)測(cè)ASIC(專用集成電路)來(lái)測(cè)量電壓、溫度和電流,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫姵乜刂茊卧?。電池單元電壓和溫度傳感器連接到電池監(jiān)測(cè)ASIC;控制處理器通過(guò)讀取測(cè)量信息來(lái)計(jì)算電池的當(dāng)前狀態(tài),確保操作在安全范圍內(nèi)進(jìn)行。關(guān)于高壓電池組,監(jiān)控ASIC以堆疊配置排列,每個(gè)ASIC并行測(cè)量多個(gè)單元。命令和數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)隔離通信接口從ASIC傳輸?shù)紸SIC。
BMS示例
通常,電動(dòng)乘用車有16、96、128或更多電池單元要測(cè)量;而電動(dòng)商用車電池單元數(shù)可能翻番。電池監(jiān)控系統(tǒng)中有許多印刷電路板(PCB)、傳感器和監(jiān)控ASIC,這些組件之間的通信連接會(huì)因上述原因開(kāi)路,造成通信中斷。這時(shí),電池控制系統(tǒng)法再管理電池組中電池的狀態(tài)。
主機(jī)廠都為他們的電動(dòng)汽車配備了BMS,那為何還是不能制服電動(dòng)汽車的火爆脾氣,防止或減少冒煙、自燃甚至爆炸事故呢?
顯而易見(jiàn),上述BMS是有線連接方式,一旦因汽車惡劣環(huán)境而出現(xiàn)線纜連接問(wèn)題,系統(tǒng)便形同虛設(shè)了。
傳統(tǒng)BMS面對(duì)的挑戰(zhàn)包括:
第一,每節(jié)電池都必須通過(guò)電纜連接一個(gè)監(jiān)視器,布線復(fù)雜;
第二,線束和連接器易于出現(xiàn)影響可靠性的故障,要頻繁維護(hù),保修費(fèi)用較高;
第三,為了使線纜連接更可靠,要使用粗重的銅線,系統(tǒng)中粗大而笨重的電纜會(huì)影響續(xù)航能力、組件成本和安全性。
因此,為了實(shí)現(xiàn)更高標(biāo)準(zhǔn)的安全要求,必須對(duì)電池管理系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新,以實(shí)現(xiàn)以下一些新的功能:
用高精度電池監(jiān)控來(lái)確保滿足最嚴(yán)格的功能安全標(biāo)準(zhǔn)
用冗余通信協(xié)議供應(yīng)容錯(cuò)性,確保電池組的健康和安全狀態(tài)
改變連接方式,確保這些監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能萬(wàn)無(wú)一失
早在2017年三月,當(dāng)時(shí)的凌力爾特(LinearTechnology,2019年六月被ADI(AnalogDevices)收購(gòu))在慕尼黑上海電子展上演示了業(yè)界首款無(wú)線電池管理系統(tǒng)(WBMS)概念車。公司國(guó)際銷售副總裁DavidQuarles、DustNetworks產(chǎn)品總裁JoyWeiss進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)公布。
DavidQuarles表示:“無(wú)線BMS概念車由設(shè)計(jì)合作伙伴歐洲電池制造商LIONSmart開(kāi)發(fā),它將凌力爾特高度準(zhǔn)確的電池組監(jiān)視器及SmartMesh?無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品在寶馬BMWi3車型上進(jìn)行了整合,取代了電池組和電池管理系統(tǒng)之間的傳統(tǒng)有線連接。BMS的此項(xiàng)重大突破解決了由于汽車線束及電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中連接線引起并長(zhǎng)期存在的可靠性問(wèn)題,并簡(jiǎn)化了BMS設(shè)計(jì)和制造?！庇蒐IONSmart開(kāi)發(fā)的新電池概念叫“LIGHTBattery”,具有模塊化、安全和無(wú)線特性。
JoyWeiss介紹說(shuō),相比有線BMS系統(tǒng),SmartMeshWBMS具有四個(gè)方面的優(yōu)勢(shì):
更安全:SmartMesh采用128位加密的專用網(wǎng)絡(luò),利用路徑分集和跳頻可實(shí)現(xiàn)大于99．999%的可靠性,防止導(dǎo)線、連接器破損引起的系統(tǒng)故障
更智能:很容易新增更多傳感器,有助于改善SOC(續(xù)航里程)和SOH(使用壽命)
更環(huán)保:每輛典型車輛可節(jié)省10m導(dǎo)線及0．5kg的連接器和變壓器,每生產(chǎn)50,000輛車將節(jié)省500km導(dǎo)線和25,000kg的連接器和變壓器
更便宜:可較低BMS總成本和組裝成本,將來(lái)的硅片可能比導(dǎo)線和連接器更便宜
ADI電池管理系統(tǒng)事業(yè)部總經(jīng)理HermanEiliya在“2021我國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇”上表示:“BMS是電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)的重要組成,它是連接電池與用戶之間的紐帶?！?/p>
據(jù)他介紹,與其他競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)相比,ADI的5%高精度電池監(jiān)控技術(shù)可以提升10%-15%的電池可用容量和相應(yīng)行駛里程?！拔覀兡軌虮ＷC1%的誤差。不必像傳統(tǒng)BMS要有人檢查電池,無(wú)線BMS可以時(shí)時(shí)刻刻持續(xù)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài),節(jié)省人工檢測(cè)成本。由于整個(gè)系統(tǒng)都是無(wú)線運(yùn)行,關(guān)于擁有非常豐富產(chǎn)品組合的主機(jī)廠益處良多,”他說(shuō)。
WBMS成硬核,廠商各顯神通
隨著電動(dòng)汽車對(duì)輕量化、可靠性、智能化要求的提升,半導(dǎo)體廠商、電池制造商和主機(jī)廠都已經(jīng)意識(shí)到:WBMS將是解決傳統(tǒng)BMS難題的有效解決方法。剩下來(lái)的事情就是看誰(shuí)有能力從早期研發(fā)階段步入產(chǎn)業(yè)化,吃到更大的市場(chǎng)蛋糕了!
2019年三月,蜂巢能源與SensataTechnologie簽署無(wú)線通信BMS合作預(yù)研備忘錄,加速WBMS產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。雙方將深入合作開(kāi)展無(wú)線通信BMS項(xiàng)目,預(yù)計(jì)將在2021年推出首款量產(chǎn)的無(wú)線通信BMS產(chǎn)品。
Sensata首席執(zhí)行官M(fèi)arthaSullivan認(rèn)為:“目前BMS常用通信方式包括CAN及菊花鏈,前者技術(shù)成熟,穩(wěn)定性強(qiáng),但整體占用空間大,功耗高,成本高;后者雖然成本低,但EMC難度大,可擴(kuò)展性差。”
他介紹說(shuō),與傳統(tǒng)BMS傳輸方式相比,無(wú)線通信BMS方式功耗低,可擴(kuò)展性強(qiáng),成本適中,同時(shí)可減少電池包內(nèi)線束,簡(jiǎn)化Pack(電池包)結(jié)構(gòu),提升整包能量密度,主從板間無(wú)高壓風(fēng)險(xiǎn),相比CAN及菊花鏈更安全,是未來(lái)電池管理系統(tǒng)的發(fā)展方向。
無(wú)論是CAN總線還是isoSPI總線,都是將電池監(jiān)控芯片串聯(lián)起來(lái),一旦某處連接出現(xiàn)問(wèn)題,整個(gè)系統(tǒng)都將癱瘓。而無(wú)線通信BMS可以減少接插件失效風(fēng)險(xiǎn):單點(diǎn)失效對(duì)整體的影響有限,且在網(wǎng)絡(luò)中添加和刪除新節(jié)點(diǎn)也比較靈活。
在電池布局方面,無(wú)線連接方法使電池組位置選擇更加靈活,同時(shí)具備更好的可擴(kuò)展性,可根據(jù)應(yīng)用需求輕松新增溫度、電流等傳感器,在惡劣環(huán)境中更具備時(shí)間同步的優(yōu)勢(shì)。
對(duì)電池而言,采用無(wú)線既減少了低壓線束,有助于降低成本和實(shí)現(xiàn)輕量化,也降低了電池包復(fù)雜度,使模組獨(dú)立性更強(qiáng),在系統(tǒng)集成制造、甚至梯次利用上都更為便利。
