純電動汽車的那些事兒：電池管理系統究竟是如何工作的？
時間:2019-11-08 08:38來源:騰訊新聞 作者:綜合報道
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在第一次購買純電動汽車之前，必須要有充足的準備，才不會后悔。
1.相比續航焦慮來說，純電動汽車的安全焦慮是車主們更關注的話題。
2.有數據顯示：80%的新能源車自燃事故是在充電中或充滿電后1小時內發生。
3.新能源車的熱管理效果會影響超過40%以上的續航效果。
那些忽視電池的安全性，盲目的只關注“高續航里程”和“高能量密度”這些數據的選車人，真的有一天會后悔都來不及。
如果能夠有效規避充電導致的起火，電動汽車的安全事故將大幅降低。這個時候，我們需要了解一下BMS。
BMS（battery management system），是電動汽車不可或缺的重要部件，是管理和監控動力電池的中樞，管理、維護、監控電池各個模塊，肩負著防止電池過充過放電、延長電池使用壽命、幫助電池正常運行的重任。
電池管理系統（BMS）是連接車載電池和電動車的重要紐帶，它主要的功能包括：電池物理參數實時監測、電池狀態估計、在線診斷與預警、充放電與預充控制均衡管理、熱管理等等。以上哪個功能實現不好，都會讓電池出現致命的危害。
主流BMS配套企業都有哪些？
讓我們來看看目前主流國產純電汽車的BMS分別是由哪些廠家提供的？
BMS作為銜接電池組、整車系統和電機的重要紐帶，是動力電池組的核心技術，也是衡量一部純電動整車性能的最為重要的指標。
BMS系統自身的復雜性決定了它具有很強的技術壁壘，需要技術研發時間，它的成本約占電池組總成本的20%左右。
我國BMS企業大體分為幾種類型： 電池廠自營、整車廠自營、第三方經營。
電池廠自營類的，目前國內第一梯隊動力電池企業有：寧德時代、中信國安盟固利、國軒高科、微宏動力等，它們掌握整套核心技術優勢，有很強的市場競爭力；
整車廠自營的，以比亞迪、北汽新能源、中通客車為代表，除了掌握核心技術，在成本方面也比其他企業有優勢；
第三方提供的代表企業有東莞鉅威動力、惠州市億能電子、深圳科列技術等企業。
下面讓我們來看看目前在為主流新能源車型配套BMS的企業排名（2019年9月新能源汽車BMS裝機量TOP20），我們所購買的大部分國產純電動車的BMS來自這些企業，看完這個裝機量數據，相信對你的選購純電動汽車也會有不少幫助。
BMS的功能有多重要？
BMS是電動汽車的命之脈！
BMS是連接電池和整車的紐帶，它處理的信號足夠豐富，它們包括：電芯、碰撞、CAN、充電、水泵、高壓、絕緣等等。一次過放電就會造成電池的永久性損壞，極端情況下鋰電池過熱或者過充電會導致熱失控、電池破裂甚至爆炸。所以，BMS要進行嚴格的控制充放電，避免過充、過放、過熱。
電池在不同的溫度下會有不同的工作性能，鋰離子電池的最佳工作溫度為25-40度。BMS通過均衡改善不一致性，提升鋰電池整體性能。
電動車以鋰電池為主要動力驅動來源，源于鋰電池有高能量密度優勢，所以性能較為穩定。然而鋰電池大量生產時品質不易掌握，電池芯出廠時電量存在細微差異，且隨著操作環境改變等因素，電池間不一致性將愈趨明顯，電池效率、壽命也都將變差，再加上過充或過放等情況，嚴重時可能導致起火燃燒等安全問題。
通過BMS能準確量測電池組使用狀況，保護電池不至于過度充放電，平衡電池組中每一顆電池的電量，以及分析計算電池組的電量并轉換為可理解的續航力信息，確保動力電池安全運作。
BMS之爭：特斯拉Model 3 PK雪佛蘭Bolt
如果沒有好的BMS，電動汽車就是一塊移動炸彈！
電池管理系統的主要目的就是保證電池系統的設計性能，從安全性、耐久性、動力性三個方面提供作用。安全性方面，BMS電池管理系統能保護電池單體免受損壞，防止出現安全事故；耐久性方面，BMS電池管理系統能使電池工作在可靠的安全區域內，延長電池的使用壽命；動力性方面，將電池的工作狀態維持在滿足車輛要求的情況下。
特斯拉的電池管理系統是當今最成熟的系統。它得益于深度學習和人工智能的充分應用，特斯拉的BMS可以不斷獲得實際駕駛的大數據，然后對算法進行自我強化，從而使特斯拉電池組的續航時間相對更長。
下面我們以特斯拉Model3為例，羅列一下它的BMS的五大特性：
1.4416顆低容量的小電池支撐起75kWh的系統，大量的小電芯讓電池系統更穩定。
2.雖然電池是采購的，但是特斯拉自己研制管理系統，可對每一顆電芯進行溫度管理。
3.采用兩階段法進行電芯平衡，獲得更高的電池利用效率，具備了相對較低的衰減速度。
4.特斯拉通過使用不導熱材料和嵌入溫度計，降低NCA電池的相對易燃性。
5.特斯拉積累BMS相關的經驗數據：駕駛、充電、電池溫度、電池容量變動等等。
特斯拉BMS的五大特性帶來了很多的優勢：
1.大多數電動汽車在4-8年內電池容量下降至80%以下，而大多數特斯拉保持90%以上。
2.特斯拉BMS有很高的風險容忍度，最大限度利用大數據來維護和管理大量的電芯。
3.特斯拉系統可使用相同的電池來滿足轎車、卡車、跑車、SUV或其他類型汽車。
除了明顯的優點，特斯拉電池包的弱點也很明顯：
1.電芯的安全性相對較差：Model S和 Model X都發生過多起燃燒事故，新款的Model 3的所有電芯都用阻燃材料做了固定，相對難以燃燒。
2.模組更換成本高：壞一些電芯不會影響電池包整體性能，但模組損壞了更換成本更貴。
3.有瞬間失控的風險：一旦出現短暫電力缺失，電力控制系統不能及時激活，會使安全保護和溫度控制的功能失效。
在美國新能源汽車銷量榜上，除了特斯拉遙遙領先之外，就是雪佛蘭的Bolt了。與特斯拉的BMS相比，雪佛蘭Bolt的BMS有如下特點：
1.Bolt BMS中監控電壓及溫度的芯片非自己研發，是LG化學設計，交由ST微電子生產。
2.Bolt有25個BMS MCUs , Model 3有18個。
3.Bolt只有單階段電芯平衡，如果增加電池容量，會造成電芯平衡精確度失衡，從而衰減速度更快。
綜合而言，我們完全可以得出這樣的結論：特斯拉的BMS確實是非常優秀的。
電池的熱管理系統有多重要？風冷、液冷、直冷都哪些車企在使用？
冬天來了，純電動車們怎么辦？
有數據統計,一輛電動車在較惡劣工況下(尤其在冬季低溫)開空調情況下,其將影響整車續航能力的40%以上。所以，與傳統燃油汽車相比，純電動汽車的綜合管理能量就顯得尤為重要。這里我們就把新能源車的熱管理系統做一下詳細的介紹。
根據傳熱介質的不同， 電池的熱管理系統可分為風冷、直冷、液冷。液冷相對直冷成本更低，冷卻效果優于風冷，目前具備主流應用的趨勢。新能源汽車熱管理系統對續航里程和電池壽命有決定性的影響。
新能源汽車熱管理的重點對象是空調系統、電池包管理系統、電機電控管理系統等。電池工作的最適宜溫度在0-38°C之間，此時不需要加熱也不需要冷卻，過高或過低的溫度都將導致電池壽命有更快的衰減。所以，需要對電池進行均溫管理。
不同類型的車型所采取的熱管理系統是不同的，熱管理的本質是降溫、保溫、升溫這三種策略。目前新能源車型的熱管理系統以降溫冷卻為主。根據冷卻介質來區分，效率和成本相對低的有風冷和液冷。風冷是新能源熱管理系統的主要應用，在早期的電動乘用車上有廣泛的應用。而液冷是當前應用最廣的新能源熱管理系統，它通過液體對流換熱方式將電池產生熱量帶走以達到降溫目的。國內外的經典型寶馬i3、特斯拉、雪佛蘭Volt、之諾、吉利帝豪等車型都采取這種技術路線。
還有一種應用于中高端車型的直冷，它是利用制冷劑蒸發潛熱的原理，在整車或電池系統中建立空調系統，制冷劑在蒸發器中蒸發并快速高效地將電池系統的熱量帶走，從完成對電池系統冷卻的作業。寶馬i3有液冷、直冷兩種冷卻方案。直冷方式功率最高，但是控制策略最難做，更適合高續航和快充的要求，液冷次之。
風冷適用于小型功率和良好工況下使用, 目前國內上市的電動汽車電池熱管理方案中，北汽、眾泰、吉利等車型的電池包還處于風冷技術狀態。
新能源車的熱管理系統包括：電池熱管理系統、汽車空調系統、電機電控冷卻系統、減速器冷卻系統。上面我們講了電池熱管理系統的不同應用，下面還有一個跟冬天最相關的一個問題：冬天到底要不要開空調取暖？
在北方，很多車一到冬天，續航里程就大幅降低，為了保證續航只能不開空調制熱，駕乘體驗可以說是差極了！ 下面對比幾個品牌的熱泵熱管理系統和它們是如何在冬天讓車主感到舒適的。
電動汽車的空調系統制熱功能主要由電加熱器， 可是直接用電加熱得到熱量的話會大大降低電池的電量和行駛里程。有數據統計顯示，當冬季行駛時打開基于電加熱的空調制熱功能時，幾乎一半的電量都用于制熱了，僅剩一半的電量用于行駛。
在熱泵熱管理系統中，把熱量從溫度低的地方搬用到溫度高的地方。在夏季，熱泵系統把車內的熱量搬向車外，從而達到制冷效果。在冬季，熱泵系統把車外的熱量送到車內。
具體的過程是這樣的：
1.熱量從環境中被吸取進熱泵系統；
2.熱量被壓縮并被加熱；
3.熱量被用來加熱車廂內的冷空氣并使其升溫；
4.加熱后的空氣被送入車廂內；
5.減壓后的熱量被轉化成低溫熱量排出車外。
相比傳統的半導體加熱技術，熱泵空調的能耗會降低大約50%。這樣在冬季開暖風的情況下，可以提升大概10-15%的續航里程，這對于目前普遍在300-500公里范圍內續航的車輛們，這個空調還真是在關鍵時刻續上命了。
那么現在都有哪些電動車型使用了熱泵系統呢？雖說搭載熱泵空調的車型并不多，但在我們身邊也并不完全沒有，從十幾萬區間到百萬元區間，都可以找到搭載熱泵空調的車型，這包括了大眾、奧迪、雷諾、寶馬、上汽榮威等品牌。
這里要最后說明的是，熱泵空調并不是萬能的，在-5攝氏度以下的室外溫度環境下，熱泵的效率就不太高了。這時候我們能做的，就只有即時充電了！
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