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(dòng)汽車怎么這么火爆？動(dòng)不動(dòng)就冒煙、自燃甚至爆炸？事實(shí)上，沒有主機(jī)廠敢不在電動(dòng)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(dòng)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(shí)驗(yàn)納入國家強(qiáng)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(dòng)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(dòng)汽車或其他車型都容易發(fā)生自燃，因?yàn)殡姵?、電路最怕高溫，超過溫度臨界點(diǎn)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(dòng)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(dòng)汽車百人會論壇”上，王傳福建議：“將電池針刺實(shí)驗(yàn)納入國家強(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(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》明確規(guī)定：單體蓄電池進(jìn)行針刺試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)不爆炸、不起火。王傳福建議把動(dòng)力電池的針刺試驗(yàn)逐步列入強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)把目前熱擴(kuò)散試驗(yàn)要求的不短于5分鐘，提升到不短于30分鐘。

針刺試驗(yàn)與電動(dòng)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(dòng)力電池測試“針刺實(shí)驗(yàn)”，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(yàn)可以將安全性提高多少？二，在已經(jīng)發(fā)生的電動(dòng)汽車自燃中，有多少比例是因?yàn)轭愃漆槾淘囼?yàn)的情況而引發(fā)了自燃？三，即使電池通過了針刺試驗(yàn)，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(shí)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(shí)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(yùn)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(jī)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(jì)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(dú)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(dòng)乘用車中，通常有16個(gè)、96個(gè)或128個(gè)或更多電池單元需要測量。在電動(dòng)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(shí)，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(xiǎn)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(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。對于高壓電池組，監(jiān)控ASIC以堆疊配置排列，每個(gè)ASIC并行測量多個(gè)單元。命令和數(shù)據(jù)通過一個(gè)隔離通信接口從ASIC傳輸?shù)紸SIC。

有線BMS示例

有BMS為什么還會燒車？

很顯然，這樣的系統(tǒng)是有線通信方式，既然是有線，就有可能因汽車的惡劣環(huán)境而出現(xiàn)“掉線”，這時(shí)系統(tǒng)便喪失了應(yīng)有的功能，形同虛設(shè)了。

線纜連接必須可靠 電動(dòng)汽車采用的傳統(tǒng)BMS面臨著諸多挑戰(zhàn)：

·每節(jié)電池都必須通過電纜連接到一個(gè)調(diào)節(jié)電量表現(xiàn)的監(jiān)控器，布線復(fù)雜;·線束和連接器是影響可靠性的常見原因，需要頻繁維護(hù)布線，保修費(fèi)用不菲;·為了使線纜連接更可靠，需要采用重型銅線，BMS中龐大而笨重的電纜會對續(xù)航能力、組件成本和安全性產(chǎn)生負(fù)面影響。

今天，電動(dòng)汽車對電池管理系統(tǒng)的要求在不斷變化，推動(dòng)著更高標(biāo)準(zhǔn)的安全要求，電池管理系統(tǒng)的創(chuàng)新正是實(shí)現(xiàn)突破的硬核所在。我們不僅需要用高精度電池監(jiān)控來確保滿足最嚴(yán)格的功能安全標(biāo)準(zhǔn)，還要用冗余通信協(xié)議提供容錯(cuò)性，確保電池組的健康和安全狀態(tài)，更重要的是確保這些監(jiān)控系統(tǒng)的通信功能萬無一失。

丟掉線纜，WBMS輕裝上陣

在以全數(shù)字化方式進(jìn)行的2021國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會（CES 2021）上，德州儀器（TI）率先發(fā)布了業(yè)內(nèi)首個(gè)通過T？V S？D評估、滿足ISO 26262 ASIL D功能安全等級的無線電池管理（WBMS）解決方案。

“2021中國電動(dòng)汽車百人會論壇”上，TI中國區(qū)嵌入式與數(shù)字光處理應(yīng)用技術(shù)總監(jiān)師英表示：“這一解決方案可以提供業(yè)界出色的網(wǎng)絡(luò)可用性，支持跨多平臺可靠擴(kuò)展，有助于汽車客戶設(shè)計(jì)制造更加安全、可靠、高效且行駛更遠(yuǎn)的電動(dòng)汽車?！?我們來看看WBMS能為電動(dòng)汽車帶來什么？

無線BMS解決方案通過采用優(yōu)異網(wǎng)絡(luò)可用性無線協(xié)議，有助于車輛設(shè)計(jì)師減少繁重、昂貴且需要頻繁維護(hù)的布線，提高電動(dòng)汽車的可靠性和效率，無疑是電動(dòng)汽車電池管理的一項(xiàng)重大革新。

無線BMS示例 利用無線BMS解決方案，主機(jī)廠能夠降低其電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，提高可靠性并減輕汽車重量，從而延長行駛里程。得益于跨量產(chǎn)車型的靈活調(diào)整設(shè)計(jì)，主機(jī)廠可以利用無線BMS更快地過渡到量產(chǎn)階段。

據(jù)介紹，該無線BMS產(chǎn)品由以下兩部分組成：

·SimpleLink？ 2．4GHz CC2662R-Q1無線微控制器（MCU）：采用符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)的Arm？ Cortex？ -M4，經(jīng)優(yōu)化可實(shí)現(xiàn)低功耗、擴(kuò)展溫度范圍和增強(qiáng)安全性;該器件采用專為無線BMS使用案例開發(fā)的新無線協(xié)議，解決了通信錯(cuò)誤檢測和安全問題。

·BQ79616-Q1電池監(jiān)控平衡器：符合ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)，具備通信、溫度和電壓測量功能芯片級ASIL D等級。借助CC2662R-Q1無線MCU，可以在主機(jī)系統(tǒng)處理器與BQ79616-Q1之間進(jìn)行穩(wěn)定可靠和可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)交換。

“5個(gè)9”的可靠性

不言而喻，可靠性是保證電池安全的最重要因素，有線配置的BMS可靠性可想而知。與有線連接相比，無線MCU電池管理系統(tǒng)無線協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)業(yè)界最好的網(wǎng)絡(luò)可靠性（超過99．999%）和最大300ms的網(wǎng)絡(luò)重啟可用性。新開發(fā)的無線協(xié)議是基于2．4GHz頻段運(yùn)行的低功耗Bluetooth？ 技術(shù)編制的專有無線BMS協(xié)議。

無線MCU可提供高吞吐量和低延遲的專用時(shí)隙，以防止數(shù)據(jù)丟失或損壞，使多個(gè)電池單元能夠以±2mV的精度向主MCU發(fā)送電壓和溫度數(shù)據(jù)，且網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤率小于10-7。

主機(jī)廠可以利用安全驅(qū)動(dòng)工具減少潛在威脅，例如密鑰交換和刷新;獨(dú)特的設(shè)備身份驗(yàn)證;調(diào)試安全;基于聯(lián)合測試行動(dòng)小組（JTAG）協(xié)議鎖定的軟件IP保護(hù);高級加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）128位加密加速和消息完整性檢查。

多平臺可靠擴(kuò)展和系統(tǒng)級設(shè)計(jì)

考慮到主機(jī)廠的長期設(shè)計(jì)需求，無線BMS創(chuàng)新技術(shù)還提供更高的可擴(kuò)展性。專有協(xié)議可提供市場上最高的吞吐量，使主機(jī)廠能夠在不同電池配置中（如32、48和60個(gè)電池單元的系統(tǒng)等）將采用單個(gè)無線片上系統(tǒng)的電池模塊與多個(gè)BQ79616-Q1電池監(jiān)控器相連。這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)支持多達(dá)100個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都達(dá)到業(yè)界最低延遲（低于2ms），且每個(gè)節(jié)點(diǎn)的測量均可實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。

CC2662R-Q1無線MCU獨(dú)立于各個(gè)電池單元監(jiān)控裝置，不再需要菊花鏈隔離組件，減少了相應(yīng)成本。BQ79616-Q1電池監(jiān)控平衡器以同一封裝類型提供不同通道選項(xiàng)，同時(shí)具有引腳對引腳兼容性，支持在任何平臺上完全重復(fù)使用既有的軟件和硬件。

主機(jī)廠的選擇靈活

總結(jié)一下

隨著人們對電動(dòng)汽車需求的持續(xù)高漲，主機(jī)廠更加關(guān)注如何通過既安全又具有成本效益的方式來提高汽車性能，以便生產(chǎn)出更可靠和更高效的電動(dòng)汽車。通過有線與無線BMS的對比，我們可以看到后者的諸多優(yōu)勢。

有線與無線BMS對比 誠如Strategy Analytics動(dòng)力總成、車身、底盤和安全服務(wù)主管Asif Anwar所說：“無線電池管理系統(tǒng)的應(yīng)用將是電動(dòng)汽車市場中一個(gè)日益增長的趨勢，因?yàn)檫@類進(jìn)展提供了更大的設(shè)計(jì)靈活性，相對于傳統(tǒng)系統(tǒng)也降低了復(fù)雜性和成本。將這些優(yōu)勢與ASIL D合規(guī)性相結(jié)合的解決方案為業(yè)界樹立了一個(gè)可遵循的標(biāo)準(zhǔn)。”不管是作為業(yè)內(nèi)中人還是消費(fèi)者，我們都期待早日在量產(chǎn)車中看到無線電池管理系統(tǒng)的身影！

責(zé)任編輯：xj