本文来源:智车科技 作者:刘洪

/ 导读 /

车停着停着、电充着就就“自然而燃”了,针刺能解燃眉之急?

纯电动汽车怎么这么火爆?动不动就冒烟、自燃甚至爆炸?事实上,没有主机厂敢不在电动汽车上搭载BMS(电池管理系统);那么,有了监控电池状态的BMS为什么还是不能制服电动汽车的火爆脾气,避免或减少这些事故呢?

近日,比亚迪股份董事长王传福呼吁将电池针刺实验纳入国家强制标准,但是,令人疑惑的是,出现发热自燃等事故的电动汽车都是在路上跑着因外力作用所致吗?更多不都是在静止的情况下发生?车停在那里或者是在充电,并没有刺穿,也没有碰撞,不也就烧起来了?好在大多数都是在车里无人的情况下发生的。

自燃原因虽多,八九不离电池

燃烧的最重要条件就是温度。夏天高温,纯电动汽车或其他车型都容易发生自燃,因为电池、电路最怕高温,超过温度临界点就会引起电池发热,出现冒烟直至自燃。然而,在寒冷的冬天,电动汽车自燃事故也不少,为什么?还是温度。虽然外界环境温度很低,但颠簸、碰撞、积水路段行驶、电池电解液泄漏等都可能导致电池正负极或相关线路短路,由于短路部分接触电阻变大产生高温——热失控,引起该处金属溶化,产生火花或电弧,引燃周围材料。

在现有电池化学条件下,要从电池本身来避免发热自燃还不太可能,磷酸铁锂和三元锂电都有自燃发生,虽然也有厂商称自己的电池“永不自燃”,那只能是信不信由你。因此,必须利用一些手段来监测和控制电池发热,保证其在正常温度条件下提供电力。

针刺可能是以蠡测海

“2021中国电动汽车百人会论坛”上,王传福建议:“将电池针刺实验纳入国家强制标准,继续完善电动汽车安全法规标准,因为针刺试验是动力电池测试中非常有效、苛刻的一种方法。” 2015年旧版国标《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》明确规定:单体蓄电池进行针刺试验时,应不爆炸、不起火。王传福建议把动力电池的针刺试验逐步列入强制性标准,同时把目前热扩散试验要求的不短于5分钟,提升到不短于30分钟。

针刺试验与电动汽车情况相仿 此前,比亚迪研发的“刀片电池”经过最严苛的动力电池测试“针刺实验”,被钢针穿刺后,没有发生明火及冒烟现象,温度始终保持在30-60℃之间,没有发生热失控现象。

这当然不是什么坏事,问题在于:一,针刺试验可以将安全性提高多少?二,在已经发生的电动汽车自燃中,有多少比例是因为类似针刺试验的情况而引发了自燃?三,即使电池通过了针刺试验,有没有其他情况也会造成自燃?类似的问题可能还会有很多。

或许,在目前,切实可行的办法还是撇开电池材料,从电池的使用上下功夫解决如何及时发现电池异常,迅速采取措施的问题。这就是人们熟知的电池管理系统。

BMS能解决什么问题?

以锂离子电池为例,它需要在有限的温度和工作电压范围内工作才能获得最佳性能和最安全的运行。从车辆电气化的功能安全角度考虑,既要防止生产工人、车主、机械师和车辆回收商免受高压和电击,又要保护电池免受穿刺和冲击损伤,还要容纳可能从电池中泄漏或排出的液体和气体。由于锂离子电池需要在比ICE车辆更有限的温度范围内才能安全高效地工作,电池组设计中还要考虑热安全,特别是车辆使用或充电中。

因此,监测电池电压和温度就成为了锂离子电池最佳性能和最安全操作的保证。每种类型的锂离子电池的电压和温度范围都是独一无二的,超出此范围,电池内部就可能发生不良副反应,从而导致过度自热,甚至导致长期内部电气短路。过度自热和内部短路可能是级联热失控的第一步,是最大的安全隐患。

为了使电池组保持在安全工作范围内,通常使用电池监测专用集成电路(ASIC)测量电压、温度和电流,并将数据传输到电池控制单元。

在电动乘用车中,通常有16个、96个或128个或更多电池单元需要测量。在电动商用车中,电池单元数可能是其两倍。电池系统有许多印刷电路板(PCB)连接,电池和监控ASIC之间或ASIC之间的通信连接会因前面提及的原因发生故障,传感器输入可能开路或通信中断。这时,电池控制系统就变成了“盲操”,无法再管理电池组中电池的状态。因此,检测和处理诸如通信或电池与传感器连接之类的故障,避免危险事件就成为了功能安全的重要一环。关于功能安全,在ISO 26262道路车辆功能安全系列标准中有明确的定义,不再赘述。

回到电池监测系统,电池单元电压和温度传感器连接到电池监测ASIC;控制处理器通过读取测量信息来计算电池的当前状态,确保操作在安全范围内进行。对于高压电池组,监控ASIC以堆叠配置排列,每个ASIC并行测量多个单元。命令和数据通过一个隔离通信接口从ASIC传输到ASIC。

有线BMS示例