電動汽車自燃頻發(fā)，BMS能解決問題嗎？

本文來源:智車科技 作者:劉洪

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車停著停著、電充著就就“自然而燃”了,針刺能解燃眉之急?

純電動汽車怎么這么火爆?動不動就冒煙、自燃甚至爆炸?事實上,沒有主機廠敢不在電動汽車上搭載BMS(電池管理系統(tǒng));那么,有了監(jiān)控電池狀態(tài)的BMS為什么還是不能制服電動汽車的火爆脾氣,避免或減少這些事故呢?

近日,比亞迪股份董事長王傳福呼吁將電池針刺實驗納入國家強制標(biāo)準(zhǔn),但是,令人疑惑的是,出現(xiàn)發(fā)熱自燃等事故的電動汽車都是在路上跑著因外力作用所致嗎?更多不都是在靜止的情況下發(fā)生?車停在那里或者是在充電,并沒有刺穿,也沒有碰撞,不也就燒起來了?好在大多數(shù)都是在車?yán)餆o人的情況下發(fā)生的。

自燃原因雖多,八九不離電池

燃燒的最重要條件就是溫度。夏天高溫,純電動汽車或其他車型都容易發(fā)生自燃,因為電池、電路最怕高溫,超過溫度臨界點就會引起電池發(fā)熱,出現(xiàn)冒煙直至自燃。然而,在寒冷的冬天,電動汽車自燃事故也不少,為什么?還是溫度。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,由于短路部分接觸電阻變大產(chǎn)生高溫——熱失控,引起該處金屬溶化,產(chǎn)生火花或電弧,引燃周圍材料。

在現(xiàn)有電池化學(xué)條件下,要從電池本身來避免發(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,雖然也有廠商稱自己的電池“永不自燃”,那只能是信不信由你。因此,必須利用一些手段來監(jiān)測和控制電池發(fā)熱,保證其在正常溫度條件下提供電力。

針刺可能是以蠡測海

“2021中國電動汽車百人會論壇”上,王傳福建議:“將電池針刺實驗納入國家強制標(biāo)準(zhǔn),繼續(xù)完善電動汽車安全法規(guī)標(biāo)準(zhǔn),因為針刺試驗是動力電池測試中非常有效、苛刻的一種方法?！?2015年舊版國標(biāo)《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》明確規(guī)定:單體蓄電池進(jìn)行針刺試驗時,應(yīng)不爆炸、不起火。王傳福建議把動力電池的針刺試驗逐步列入強制性標(biāo)準(zhǔn),同時把目前熱擴散試驗要求的不短于5分鐘,提升到不短于30分鐘。

針刺試驗與電動汽車情況相仿 此前,比亞迪研發(fā)的“刀片電池”經(jīng)過最嚴(yán)苛的動力電池測試“針刺實驗”,被鋼針穿刺后,沒有發(fā)生明火及冒煙現(xiàn)象,溫度始終保持在30-60℃之間,沒有發(fā)生熱失控現(xiàn)象。

這當(dāng)然不是什么壞事,問題在于:一,針刺試驗可以將安全性提高多少?二,在已經(jīng)發(fā)生的電動汽車自燃中,有多少比例是因為類似針刺試驗的情況而引發(fā)了自燃?三,即使電池通過了針刺試驗,有沒有其他情況也會造成自燃?類似的問題可能還會有很多。

或許,在目前,切實可行的辦法還是撇開電池材料,從電池的使用上下功夫解決如何及時發(fā)現(xiàn)電池異常,迅速采取措施的問題。這就是人們熟知的電池管理系統(tǒng)。

BMS能解決什么問題?

以鋰離子電池為例,它需要在有限的溫度和工作電壓范圍內(nèi)工作才能獲得最佳性能和最安全的運行。從車輛電氣化的功能安全角度考慮,既要防止生產(chǎn)工人、車主、機械師和車輛回收商免受高壓和電擊,又要保護(hù)電池免受穿刺和沖擊損傷,還要容納可能從電池中泄漏或排出的液體和氣體。由于鋰離子電池需要在比ICE車輛更有限的溫度范圍內(nèi)才能安全高效地工作,電池組設(shè)計中還要考慮熱安全,特別是車輛使用或充電中。

因此,監(jiān)測電池電壓和溫度就成為了鋰離子電池最佳性能和最安全操作的保證。每種類型的鋰離子電池的電壓和溫度范圍都是獨一無二的,超出此范圍,電池內(nèi)部就可能發(fā)生不良副反應(yīng),從而導(dǎo)致過度自熱,甚至導(dǎo)致長期內(nèi)部電氣短路。過度自熱和內(nèi)部短路可能是級聯(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內(nèi),通常使用電池監(jiān)測專用集成電路(ASIC)測量電壓、溫度和電流,并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫姵乜刂茊卧?/p>

在電動乘用車中,通常有16個、96個或128個或更多電池單元需要測量。在電動商用車中,電池單元數(shù)可能是其兩倍。電池系統(tǒng)有許多印刷電路板(PCB)連接,電池和監(jiān)控ASIC之間或ASIC之間的通信連接會因前面提及的原因發(fā)生故障,傳感器輸入可能開路或通信中斷。這時,電池控制系統(tǒng)就變成了“盲操”,無法再管理電池組中電池的狀態(tài)。因此,檢測和處理諸如通信或電池與傳感器連接之類的故障,避免危險事件就成為了功能安全的重要一環(huán)。關(guān)于功能安全,在ISO 26262道路車輛功能安全系列標(biāo)準(zhǔn)中有明確的定義,不再贅述。

回到電池監(jiān)測系統(tǒng),電池單元電壓和溫度傳感器連接到電池監(jiān)測ASIC;控制處理器通過讀取測量信息來計算電池的當(dāng)前狀態(tài),確保操作在安全范圍內(nèi)進(jìn)行。對于高壓電池組,監(jiān)控ASIC以堆疊配置排列,每個ASIC并行測量多個單元。命令和數(shù)據(jù)通過一個隔離通信接口從ASIC傳輸?shù)紸SIC。

有線BMS示例