新能源汽車自燃頻發(fā)，BMS如何保障動力電池安全？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/梁浩斌）2021年國內新能源汽車保有量以及銷量突破新高，增長的趨勢在2022年繼續(xù)爆發(fā)。中汽協(xié)上周發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，今年1-5月，國內新能源汽車累計產(chǎn)量達到207.1萬，同比增長114.2%；銷量也超過200萬，同比增長111.2%。

但新能源市場的火熱下，汽車自燃頻率也在持續(xù)提高。根據(jù)國家應急管理部消防救援局的數(shù)據(jù)顯示，今年第一季度，國內接報的新能源汽車火災事件共計640起，相比去年同期增加了32%，這個比例要高于普通交通工具8.8%的平均增幅。

按照這樣的趨勢，電動汽車自燃數(shù)量隨著保有量增長，可能還會持續(xù)出現(xiàn)。實際上，作為能量存儲的一種形式，動力電池就跟燃油一樣，不可能完全保證百分百安全可靠，只能通過多種安全措施，來將發(fā)生自燃的可能性盡可能降低。那么要降低電動汽車上動力電池的自燃概率，我們要解決哪些問題？

解決問題之前，當然要先了解出現(xiàn)問題的原因，也就是動力電池自燃的原因。從電池系統(tǒng)的角度來說，發(fā)生燃燒的原因基本只有三種：電芯由于不斷積累溫度升高，引發(fā)放熱副反應，導致熱失控引燃電解液和周邊電池；由于高壓回路短路，導致溫度過高引燃電池；外部燃燒導致動力電池系統(tǒng)熱失控。其中后兩種都是屬于外部原因，包括進水、異物穿刺等導致短路，或來自外部的熱源等。

而沒有受到外力作用下的自燃，基本上就是電芯本身的放熱副反應導致的熱失控。比如在電芯溫度在高強度放電下，熱量持續(xù)積累無法釋放，內部溫度不斷升高之后，在不同溫度下，電芯內部材料會發(fā)生不同程度的分解。比如三元鋰電池的正極在超過180°時，就會開始分解，并大量釋放氧氣，這是最佳的助燃劑，后續(xù)很容易導致一系列的連鎖反應，最終從一個電芯波及到整個動力電池系統(tǒng)的燃燒。

目前應對這種可能的自燃現(xiàn)象，一般有幾種措施，包括用阻燃材料將各個電芯分隔開，將單個電芯的熱失控影響控制在一定范圍內；提前對已經(jīng)出現(xiàn)的熱失控發(fā)出預警，或通過一些補救措施盡量降低損失；更換放熱副反應更小的電芯材料；而最重要的是，通過電池熱管理系統(tǒng)，對電芯進行監(jiān)測，并進行散熱、加熱等工作保持電芯處于一定溫度范圍內。

電池熱管理系統(tǒng)，就是BMS（電池管理系統(tǒng)）下的一個子系統(tǒng)，BMS通過傳感器，對電芯的溫度、電壓、電流、以及電池組電壓等數(shù)據(jù)的監(jiān)測，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)來控制散熱系統(tǒng)或電池組充電、放電的功率等等，以控制各電芯溫度在穩(wěn)定水平內。

一般來說，BMS系統(tǒng)包含多個部件的互相配合，包括數(shù)據(jù)采集模塊、計算模塊等等，其中會用到包括AEF（采集電芯電壓、溫度等信息）、用于計算電池電荷狀態(tài)（SOC）的MCU、MOSFET、PMIC、ADC等。

我們在一些賽道測試中可以發(fā)現(xiàn)，電動汽車往往在激烈駕駛一段時間后，會被系統(tǒng)限制動力，這就是BMS的作用之一，通過限制放電功率來避免電芯過熱。

另一方面，在很多會帶來電池熱失控風險的環(huán)境下，BMS也會起到安全防線的作用。比如充電截止電壓超過了電芯允許的最大電壓，就會造成內阻快速升高，導致大量充入電池的能量通過熱量釋放出來。過充還會導致析鋰現(xiàn)象，造成電池嚴重損耗，電池容量下降且壽命縮短。

而動力電池還有可能有“過放電”的行為，比如一組電池組中，部分電芯單體電壓相對較低，在本身低電量下，被串聯(lián)的其他電芯強制繼續(xù)放電，就可能出現(xiàn)“過放電”現(xiàn)象。在過放電過程中有可能會生成銅枝晶穿透電池兩極隔膜，導致電芯內部短路。

所以對于過放或者過充兩種情況來說，BMS中對電池SOC的計算，就是防止電池熱失控的一個保障指標。SOC準確程度，同時也是衡量BMS的一個重要維度。