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电动汽车起火原因及对策分析,频繁起火背后的BMS困局

  电动知家   2020-01-14 次浏览

自新能源汽车走入大众生活以来,发生起火和自燃事件是屡见不鲜,每次事故都备受市场关注。近期特斯拉蔚来荣威比亚迪4大品牌的新能源电动车先后发生起火事件。这一方面体现了大家对新能源汽车的关注度非常高,对发展新能源汽车寄予了厚望,是一件好事;但与此同时,新能源汽车发展中的任何瑕疵也都暴露无遗,可谓“动一发而牵全身”。并不是只有新能源汽车会因事故碰撞导致燃烧,传统燃油车也一样会燃烧。根据美国消防局的数据,美国公路上每年大约有19.4万辆汽车着火,64%始于引擎区域,每年大约有300人在汽车起火事件中死亡,另有1250人受伤,多数起火的汽车都是燃油车。

所以说,新能源汽车电池因事故起火不是最要命的,就像传统燃油车发生事故会导致车辆燃烧一样,这并非车辆本身的技术、质量等问题造成的,而是涉事动力电池企业和电动车企,不重视安全,为了降低成本,对电芯品控不严、BMS设计要求太低、没有对动力电池包足够的安全设计保护等,是可以控制的。不过在众多的起火事件中,我们需要认真分析,有区别的对待问题,分析新能源汽车起火的原因,确定电池安全的影响因素。电动汽车自燃事之所以广受关注并且容易造成恐慌的最重要原因,就是没能认真分析,并找出根本原因向大众公布。

新能源汽车着火原因非常复杂,可以归纳总结主要集中在两个方面:一、车辆动态运行中,重大碰撞事故导致电池起火,这方面问题燃油车也难以避免,市场不应该过度地去解读电池质量、安全等问题,而是需要更多地关注车辆被动安全中对车主生命的保障能力;二、车辆静态放置下,由于电池系统管理不完善、通讯不兼容、与充电设备通讯障碍导致的电池过充、短路、漏液等问题不能提前监控、报警,从而引起热失控、自燃、起火等问题,这方面是需要电池、BMS、Pack、整车、充电桩等多方共同合作来完成的,各个环节的协调合作,通过电池管理系统(BMS)实现对电池安全的被动安全管理。

如何不断提升新能源汽车安全性,需要电池企业、BMS企业、Pack企业、新能源整车企业、充电设备企业的协同。很多电池企业对电池的化学性能非常了解,Pack和整车企业对电子、通讯、集成技术比较了解,充电设备企业对电力、电控、数据监控等技术比较擅长,但发展新能源汽车是需要对电化学、电力、电子、计算机等技术进行最优化的集成

而目前的现状却是针对不同车企的不同需求,电池Pack企业为车企提供适合车企能量要求、循环寿命要求、经济性要求的电池包,充电设备企业为车企提供符合车企充电电压、电流、功率、计费等需求的充电设备,都被简单视为新能源汽车的一个零部件。充电设备企业与电池BMS企业基本是隔离状态,平时更是少有来往。BMS企业基本上只要满足PACK企业技术要求就万事大吉,很少能做到与电池PACK企业、整车企业的同步沟通。目前“BMS企业-电池企业-Pack企业-整车企业-充电设备企业”五者之间的沟通不足,共同的合作开发也相对零碎,停留在部分环节之间,这就大大增加了整个系统集成而带来的安全隐患。

电池管理系统(BMS)在整个系统集成中起到非常重要的作用。

例如在新能源汽车安全性问题中,最易发生问题的充电环节。由于电压、电流过高,或电池过充等导致电池热失控从而引发燃烧,所以通过CAN通讯协议实现充电设备与电池管理系统之间的实时通讯是非常重要的。电池管理系统与充电机之间没有能够形成很好协调,导致了电池管理系统形同虚设,充电机在接收电池相关数据不全面时未能终止充电。而电动知家发现目前国内充电数据监控平台也只是视为一个简单的车辆充电次数、行驶里程等简单数据的收集系统,还很难做到历史数据分析、车辆充电安全预警等功能。

再如电动汽车的电池pack设计也很重要,必须要保证锂电池pack的散热设计的安全性和可靠性,而且电池管理系统(bms)对电池过热的监测一定要到位,因为一般来说,锂电池pack出现安全问题表现为燃烧甚至爆炸,出现这些问题的根源在于电池内部的热失控,除此之外,一些外部因素,如过充、火源、挤压、穿刺、短路等问题也会导致电池起火爆炸。一旦电池出现热失控现象,BMS首先要能够精准的检测出来,识别出具体是哪个电芯模块发生了热失控,然后它会马上做两件事:第一,强制启动液冷系统,以降低热失控蔓延速度,延缓爆发时间;第二,跟整车系统配合,通知乘客赶紧逃离。但遗憾的是,目前国内的BMS都还处于初级阶段,只具备一些基础功能,如显示电压电流,对充电放电进行管理等等。很多厂家推出的BMS其实都还没有真正的热失控管理功能。”

如果把电池包比作一个有机生命,模块化集成的电芯相当于这个有机生命的“身体”,直接为电动车提供驱动电能;而作为管理系统的BMS则相当于“大脑”,它的作用是实时估测电池的荷电状态,检测电池使用状态,并对电池该如何发挥作用进行直接管控。除此之外,它还要跟整车系统、充电桩进行信息交换。每一个电芯,都有不同的“体质”。具体表现在如内阻、自放电率、衰减率、极化等专业参数上。虽然,专业的技术人员,都会对电池的“体质”进行分组,以减小单体之间的差异,但是电池的“体质”和人一样,会随使用时间,出现变化。质量好的电芯,“体质”差异相对小,要做到这一点,选用材料一致性要好,生产过程自动化水平要高,品质标准要高,由此成本也高。反之,质量差的电芯,成本低,个体差异大,就有很大的安全隐患。比如在充电过程中,个别电芯发生过热着火。但电芯永远不可能完全一致,此时需要BMS介入,负责电池的管理策略。BMS对电池管理之前,首先要掌握电池的信息,这只有通过传感器监测来实现。也就是说,传感器越多,传感器的精度越高,反馈的数据越全面,BMS对电池的判断则会越准确。但是,相应的,成本也就越高。充电过程中,电芯、BMS、传感器,三个环节配合不好,自燃就有可能发生。

电池管理系统(BMS)的重要性不言而喻,然而不管是车企、电池PACK企业、充电设备企业、BMS企业,相关工程技术人员对BMS的认识却并不透彻。这就给后期产品系统集成带来了困难。电动知家认为BMS开发是一项系统全面的工程,需要掌握的知识非常广,要懂得软件、硬件、结构等,要懂车、电池、充电等,还要知道ISO26262,autosar。

如何成为一名优秀的新能源汽车工程师?那你必须对BMS有更深刻系统全面的认识。至少需要了解九大方面的内容,新能源汽车结构与原理、动力电池基础、IS026262功能安全标准、控制策略开发与MATLAB应用、AUTOSAR汽车开发系统架构、电池建模及状态估计算法、动力电池热管理术、电池管理系统设计及实现技术、动力电池测试与验证等。

1、新能源汽车结构与原理

新能源汽车与电动汽车如何定义?新能源汽车动力电池系统、电机驱动系统、新能源汽车高压系统、新能源汽车附件在整车当中的位置及作用?

2、动力电池基础

开发动力电池管理系统需要了解电池的基本结构及工作原理、主要性能参数(例如额定电压、额定功率、能量密度、功率密度等)及测试方法、电池基本特性(温度特性、放电特性等)及分析方法。

3、IS026262功能安全标准

随着电子电气系统越来越集成和复杂,其安全性也越发显得重要。因此,对功能安全的考虑应该深入工程师的设计思维。而ISO 26262正是国际标准化组织专门针对汽车电子电气系统制定的功能安全标准,目前已经在汽车行业广泛推行。

4、控制策略开发与MATLAB应用

控制策略开发的流程、规范及所需用到软件工具、功能模块。MATLAB/Simulink在汽车控制策略开发中的实际应用,以及建模规范(MAAB)。

5、AUTOSAR汽车开发系统架构

AUTOSAR,即汽车开发系统架构(Automotive Open System Architecture),是一套支持分布式的、功能驱动的汽车电子软件开发方法和电子控制单元上的软件架构标准化方案,目前AUTOSAR联盟已经包括宝马、大众、福特丰田、BOSCH、大陆集团等众多汽车企业、汽车电子企业等。

6、电池建模及状态估计算法

动力电池的很多参数具有非线性的特点,给电池的状态评估和建模带来了极高的挑战,也因此成为动力电池管理系统开发的核心工作内容之一。

7、动力电池热管理技术

在动力电池管理系统开发中,电池的热特性是重要的考虑因素之一,因此需要通过研究电池的热特性进而在管理系统中搭建热管理模块。

8、电池管理系统设计及实现技术

电池管理系统开发工作包括硬件(电池均衡、高压采样、绝缘检测等)、软件(系统算法、故障诊断等)的设计,需要考虑功能性和安全性。

9、动力电池测试与验证

测试和验证是动力电池管理系统开发工作的重要一环,在岗位中需要熟悉动力电池的测试验证要求、标准,能够制定测试计划,并通过测试分析来改善系统设计。

不管你是整车厂、电池PACK厂或是第三方BMS企业人员,不管你是做软件、硬件、测试、技术、项目、质量、售后等岗位,如果你想要拿到那令人羡慕的年薪,你需要掌握的知识不只是你现在做的事情就够的,还要对BMS有个全面系统的学习。

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