衡阳瑞达述电池为什么会起火? 简析电池管理系统

　　电池为什么会起火? 简析电池管理系统

　　新能源汽车，特别是那些依靠电池组供电，电动机驱动的纯电动车们，它们在结构上和传统动力车型有着非常大的区别。对于纯电动车来说，三电系统是这种车最核心的，也是关系到包括寿命、性能、衰减等各方面表现的最重要的一环。虽然相对燃油车那复杂的动力系统更简单，但纯电动车的三电系统同样有非常高深的学问，在今天这篇科普文章中，我打算先给大家介绍纯电动车三电系统中最复杂，调校开发难度最大，也是最受人关注的PMS，即电池管理系统的原理和技术难点。避开电池谈PMS就是耍流氓首先介绍一下纯电动车上的三电系统都是啥。三电系统分为电池、电机和PMS三大模块。而PMS，全称PowerManagementSystem，直译为能量管理系统。其实PMS系统的真正用途，是对整个三电系统进行统一管理。但PMS要管的两大模块，一个电机一个电池，电机是没什么好管的，无非就是通电，控制变频器，改变一下电流之类的简单参数，一个小小的单片机就能搞定，用不着PMS出马。PMS真正要管的，是电池组。在说PMS之前，首先大家要知道电池组的一些特性。现在无论是特斯拉用的那种圆柱形18650电芯，还是其他厂家用的封包型电池，他们本质上都是锂电池，和你手机里的那个没啥区别。锂电池本身是一种非常易燃易爆的危险物品，很容易就会鼓包起火爆炸，那为什么会这样?我们先从最基础的原理开始说起，电池的结构其实很简单，正负极，里面是一些极性为正的锂离子，正负极之间有一层膜挡着，这层膜叫SEI膜，SEI膜旁边还有一层电解液(常见的电池挂了，流出来的那些水就是电解液)。工作原理也很简单，锂离子就像我们人一样，也是有家的，它们的家就是正极，但呆在家没法创造价值建设社会主义新时代啊，于是就需要充电，充电就是把锂离子从家里赶出来，强迫他们跑到公司(负极)去，当所有锂离子全都“上班”了，那么这个电池，就算充满电了。但正如大家下了班就赶紧往家赶一样，锂离子“下班”之后，也急急忙忙冲回他们的家，这就是放电，因为离子们实在是思乡心切，放电一般都会伴随着很大的能量释放，这就是为什么电池能提供能源了。但跟人一样，天气太冷了，相当一部分锂离子就会懒癌发作，呆在家或者呆在公司不愿意动，同时天气冷了，就像现在的行业寒冬一样，公司要裁员要缩减规模，本来能坐100个锂离子的公司，因为太冷，现在就只能坐50个人了，那剩下的50人咋办呢?只能回家了。这就是锂电池冬天为啥会电量不足。那么天气太热呢?正如我们人类在夏天火气大容易动怒一样，锂离子也会，所以，温度过高，电池就很容易烧起来。电池为什么会起火?大多数纯电动车起火，都是发生在充电，尤其是快充阶段，为什么?前面说到，充电其实就是离子在电池内部的相互迁移。如果充电速度慢，而那张分隔膜质量过关的话，这不会发生任何问题。但问题，就出在快充阶段。所谓快充，其实根本没有什么高技术可言，无论是你手机电脑的快充或者是电动车的快充，都是基于一个很简单的原理：加大充电电流或电压(或同时加大)，直接提高充电功率。但对于电池来说，无论是加大电压还是加大电流，本质都是让离子迁移速度加快。这时候问题就来了。离子运动速度越快，就会产生越高的热量，这也就是为什么你的手机快充时电池特别热的原因。同时，速度过高的离子运动，会让过多的锂离子相互融合，正负离子相互撞击融合，会析出锂晶体，当锂晶体有一定规模后，就很可能会直接刺破分隔膜，从而导致的结果就是热失控，也就是电池起火甚至爆炸。而在汽车电池组这种高密度结构中，只要其中一个模块的锂电池热失控，不能承受热的其他锂电池模块马上会跟着起火爆炸，最终会导致什么结果?就是电动车自燃了。PMS，就是控制这个的那么怎么确保电动车在快充阶段，既能快速充电，又不会引起电池温度过高甚至热失控?这就是PMS主要做的事。其实快充必然会引起发热，发热必然会加大热失控风险，这是无法两全的。所以现在所有PMS系统的工作内容核心，就是严格控制充电电流，严格监控电池组内每一块电池的温度、电流、电压和内阻值。至于如何监控，监控有没有效?发现潜在风险时的解决方案是什么?是直接把大电流切断?还是单独切断某个电池的供电?这里面有非常多的学问，而且这都是属于软件调校方面的算法。一些有实力的大厂，自然会投入非常多的资源用于PMS算法的优化，但大家要知道，PMS算法的优化，是非常烧钱非常漫长的事情。所以很多没啥实力，或者是半路出家的厂家们，一般会退而求其次，直接去买别人开发好的通用算法。但通用算法不能保证一定适合这辆车的状况。特别要指出的是，特斯拉的PMS算法是全球最先进的，但由于特斯拉本身的电池组技术方案，是并联上万颗18650或21500圆柱形电芯实现，因此就算特斯拉的算法再先进，面对上万颗电池同时工作，特斯拉电池组的热失控风险，其实是远高于其他车厂的。因此大家也可以看到，特斯拉的自燃事故，几乎是纯电动车里最高的。PMS并非万能仙丹，电池本身性能才是所以其实PMS的算法再先进，处理速度再快，这种系统其实只是在应急时救命用的，作为一辆车的动力来源，电池组本身的性能和耐久性才是最重要的。只可惜，业界顶尖的电池组售价，一般是普通电池组的十倍以上，而花了十倍价格买来的顶级电池组，在电容量、充电速度等任何方面，跟普通电池组是没有区别的。只有在用了5年之后，顶级电池组的价值才会开始慢慢体现出来，而这，并不能作为一辆纯电动车，在价格战激烈的市场上获得优势的办法。所以电动车自燃频发，不是PMS算法不好，也不是充电桩有问题，归根到底，其实只是厂家不愿意给车装上更贵，性能更稳定的高端电池组而已。但你能说这是厂家黑心吗?也不能，厂家当然可以给一辆只卖13W的纯电动车装上当今世界上最好的电池组，但售价要飙升到80W甚至100W，你愿意掏这个钱吗?

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