鉅大LARGE | 點擊量：1240次 | 2021年06月08日
你了解新能源車電池嗎？ 簡析電池管理系統(tǒng)
新能源車，特別是那些依靠電池組供電，電動機驅(qū)動的純電動汽車們，它們在結(jié)構(gòu)上和傳統(tǒng)動力車型有著非常大的差別。關(guān)于純電動汽車來說，三電系統(tǒng)是這種車最核心的，也是關(guān)系到包括壽命、性能、衰減等各方面表現(xiàn)的最重要的一環(huán)。
雖然相對燃油車那復(fù)雜的動力系統(tǒng)更簡單，但純電動汽車的三電系統(tǒng)同樣有非常高深的學問，在今天這篇科普文章中，我打算先給大家介紹純電動汽車三電系統(tǒng)中最復(fù)雜，調(diào)校開發(fā)難度最大，也是最受人關(guān)注的PMS，即電池管理系統(tǒng)的原理和技術(shù)難點。
避開電池談PMS就是耍流氓
首先介紹一下純電動汽車上的三電系統(tǒng)都是啥。三電系統(tǒng)分為電池、電機和PMS三大模塊。而PMS，全稱PowerManagementSystem，直譯為能量管理系統(tǒng)。其實PMS系統(tǒng)的真正用途，是對整個三電系統(tǒng)進行統(tǒng)一管理。但PMS要管的兩大模塊，一個電機一個電池，電機是沒什么好管的，無非就是通電，控制變頻器，改變一下電流之類的簡單參數(shù)，一個小小的單片機就能搞定，用不著PMS出馬。PMS真正要管的，是電池組。
在說PMS之前，首先大家要了解電池組的一些特性?，F(xiàn)在無論是特斯拉用的那種圓柱形18650電芯，還是其他廠家用的封包型電池，他們本質(zhì)上都是鋰離子電池，和你手機里的那個沒啥差別。鋰離子電池本身是一種非常易燃易爆的危險物品，很容易就會鼓包起火爆炸，那為何會這樣？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
我們先從最基礎(chǔ)的原理開始說起，電池的結(jié)構(gòu)其實很簡單，正負極，里面是一些極性為正的鋰離子，正負極之間有一層膜擋著，這層膜叫SEI膜，SEI膜旁邊還有一層電解液（常見的電池掛了，流出來的那些水就是電解液）。
工作原理也很簡單，鋰離子就像我們?nèi)讼嗤彩怯屑业?，它們的家就是正極，但呆在家沒法創(chuàng)造價值建設(shè)社會主義新時代啊，于是就要充電，充電就是把鋰離子從家里趕出來，強迫他們跑到公司（負極）去，當所有鋰離子全都上班了，那么這個電池，就算充滿電了。
但正如大家下了班就趕緊往家趕相同，鋰離子下班之后，也急急忙忙沖回他們的家，這就是放電，因為離子們實在是思鄉(xiāng)心切，放電一般都會伴隨著很大的能量釋放，這就是為何電池能供應(yīng)能源了。
但跟人相同，天氣太冷了，相當一部分鋰離子就會懶癌發(fā)作，呆在家或者呆在公司不愿意動，同時天氣冷了，就像現(xiàn)在的行業(yè)寒冬相同，公司要要縮減規(guī)模，本來能坐100個鋰離子的公司，因為太冷，現(xiàn)在就只能坐50個人了，那剩下的50人咋辦呢？只能回家了。這就是鋰離子電池冬天為啥會電量不足。那么天氣太熱呢？正如我們?nèi)祟愒谙奶旎饸獯笕菀讋优嗤?，鋰離子也會，所以，溫度過高，電池就很容易燒起來。
電池為何會起火？
大多數(shù)純電動汽車起火，都是發(fā)生在充電，尤其是快充階段，為何？前面說到，充電其實就是離子在電池內(nèi)部的相互遷移。假如充電速度慢，而那張分隔膜質(zhì)量過關(guān)的話，這不會發(fā)生任何問題。但問題，就出在快充階段。
所謂快充，其實根本沒有什么高技術(shù)可言，無論是你手機電腦的快充或者是電動汽車的快充，都是基于一個很簡單的原理：加大充電電流或電壓（或同時加大），直接提高充電功率。但關(guān)于電池來說，無論是加大電壓還是加大電流，本質(zhì)都是讓離子遷移速度加快。這時候問題就來了。
離子運動速度越快，就會出現(xiàn)越高的熱量，這也就是為何你的手機快充時電池特別熱的原因。同時，速度過高的離子運動，會讓過多的鋰離子相互融合，正負離子相互撞擊融合，會析出鋰晶體，當鋰晶體有一定規(guī)模后，就很可能會直接刺破分隔膜，從而導(dǎo)致的結(jié)果就是熱失控，也就是電池起火甚至爆炸。而在汽車電池組這種高密度結(jié)構(gòu)中，只要其中一個模塊的鋰離子電池熱失控，不能承受熱的其他鋰離子電池模塊馬上會跟著起火爆炸，最終會導(dǎo)致什么結(jié)果？就是電動汽車自燃了。
PMS，就是控制這個的
那么怎么確保電動汽車在快充階段，既能快速充電，又不會引起電池溫度過高甚至熱失控？這就是PMS重要做的事。其實快充必然會引起發(fā)熱，發(fā)熱必然會加大熱失控風險，這是無法兩全的。所以現(xiàn)在所有PMS系統(tǒng)的工作內(nèi)容核心，就是嚴格控制充電電流，嚴格監(jiān)控電池組內(nèi)每一塊電池的溫度、電流、電壓和內(nèi)阻值。
至于如何監(jiān)控，監(jiān)控有沒有效？發(fā)現(xiàn)潛在風險時的解決方法是什么？是直接把大電流切斷？還是單獨切斷某個電池的供電？這里面有非常多的學問，而且這都是屬于軟件調(diào)校方面的算法。一些有實力的大廠，自然會投入非常多的資源用于PMS算法的優(yōu)化，但大家要了解，PMS算法的優(yōu)化，是非常燒錢非常漫長的事情。
所以很多沒啥實力，或者是半路出家的廠家們，一般會退而求其次，直接去買別人開發(fā)好的通用算法。但通用算法不能保證一定適合這輛車的狀況。特別要指出的是，特斯拉的PMS算法是全球最先進的，但由于特斯拉本身的電池組技術(shù)方法，是并聯(lián)上萬顆18650或21500圓柱形電芯實現(xiàn)，因此就算特斯拉的算法再先進，面對上萬顆電池同時工作，特斯拉電池組的熱失控風險，其實是遠高于其他車廠的。因此大家也可以看到，特斯拉的自燃事故，幾乎是純電動汽車里最高的。
PMS并非萬能仙丹，電池本身性能才是
所以其實PMS的算法再先進，處理速度再快，這種系統(tǒng)其實只是在應(yīng)急時救命用的，作為一輛車的動力來源，電池組本身的性能和耐久性才是最重要的。只可惜，業(yè)界優(yōu)秀的電池組售價，一般是普通電池組的十倍以上，而花了十倍價格買來的優(yōu)秀電池組，在電容量、充電速度等任何方面，跟普通電池組是沒有差別的。只有在用了5年之后，優(yōu)秀電池組的價值才會開始慢慢體現(xiàn)出來，而這，并不能作為一輛純電動汽車，在價格戰(zhàn)激烈的市場上獲得優(yōu)勢的辦法。
所以電動汽車自燃頻發(fā)，不是PMS算法不好，也不是充電樁有問題，歸根到底，其實只是廠家不愿意給車裝上更貴，性能更穩(wěn)定的高端電池組而已。
