新能源汽車自燃頻發(fā)，BMS如何保障動(dòng)力電池安全？

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）2021年國(guó)內(nèi)新能源汽車保有量以及銷量突破新高，增長(zhǎng)的趨勢(shì)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(guó)內(nèi)新能源汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)量達(dá)到207.1萬，同比增長(zhǎng)114.2%；銷量也超過200萬，同比增長(zhǎng)111.2%。

但新能源市場(chǎng)的火熱下，汽車自燃頻率也在持續(xù)提高。根據(jù)國(guó)家應(yīng)急管理部消防救援局的數(shù)據(jù)顯示，今年第一季度，國(guó)內(nèi)接報(bào)的新能源汽車火災(zāi)事件共計(jì)640起，相比去年同期增加了32%，這個(gè)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(shì)，電動(dòng)汽車自燃數(shù)量隨著保有量增長(zhǎng)，可能還會(huì)持續(xù)出現(xiàn)。實(shí)際上，作為能量存儲(chǔ)的一種形式，動(dòng)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(dòng)汽車上動(dòng)力電池的自燃概率，我們要解決哪些問題？

解決問題之前，當(dāng)然要先了解出現(xiàn)問題的原因，也就是動(dòng)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(yīng)，導(dǎo)致熱失控引燃電解液和周邊電池；由于高壓回路短路，導(dǎo)致溫度過高引燃電池；外部燃燒導(dǎo)致動(dòng)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(jìn)水、異物穿刺等導(dǎo)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(yīng)導(dǎo)致的熱失控。比如在電芯溫度在高強(qiáng)度放電下，熱量持續(xù)積累無法釋放，內(nèi)部溫度不斷升高之后，在不同溫度下，電芯內(nèi)部材料會(huì)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(shí)，就會(huì)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(dǎo)致一系列的連鎖反應(yīng)，最終從一個(gè)電芯波及到整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)的燃燒。

目前應(yīng)對(duì)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(gè)電芯分隔開，將單個(gè)電芯的熱失控影響控制在一定范圍內(nèi)；提前對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)的熱失控發(fā)出預(yù)警，或通過一些補(bǔ)救措施盡量降低損失；更換放熱副反應(yīng)更小的電芯材料；而最重要的是，通過電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，對(duì)電芯進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行散熱、加熱等工作保持電芯處于一定溫度范圍內(nèi)。

電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，就是BMS（電池管理系統(tǒng)）下的一個(gè)子系統(tǒng)，BMS通過傳感器，對(duì)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(cè)，利用監(jiān)測(cè)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(nèi)。

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

我們?cè)谝恍┵惖罍y(cè)試中可以發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)汽車往往在激烈駕駛一段時(shí)間后，會(huì)被系統(tǒng)限制動(dòng)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(huì)帶來電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境下，BMS也會(huì)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(huì)造成內(nèi)阻快速升高，導(dǎo)致大量充入電池的能量通過熱量釋放出來。過充還會(huì)導(dǎo)致析鋰現(xiàn)象，造成電池嚴(yán)重?fù)p耗，電池容量下降且壽命縮短。

而動(dòng)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(duì)較低，在本身低電量下，被串聯(lián)的其他電芯強(qiáng)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(huì)生成銅枝晶穿透電池兩極隔膜，導(dǎo)致電芯內(nèi)部短路。

所以對(duì)于過放或者過充兩種情況來說，BMS中對(duì)電池SOC的計(jì)算，就是防止電池?zé)崾Э氐囊粋€(gè)保障指標(biāo)。SOC準(zhǔn)確程度，同時(shí)也是衡量BMS的一個(gè)重要維度。