相较于续航里程的担忧,纯电动汽车的安全问题,尤其是电池安全,正逐渐成为车主们更为关注的焦点。
统计数据显示,超过80%的新能源汽车自燃事故发生在充电过程中或充电完成后的一小时内。
新能源车的热管理效果对其续航里程有着显著的影响,热管理不佳可能导致超过40%的续航损失。
那些仅关注“高续航里程”和“高能量密度”等数据而忽视电池安全的选车者,或许有一天会深感悔不当初。
有效预防充电时起火是降低电动汽车安全事故的关键。为此,我们需要深入了解BMS(电池管理系统)这一核心部件。
BMS作为电动汽车的动力电池管理和监控中枢,其作用至关重要。它不仅负责管理、维护和监控电池各个模块,还能防止电池过充过放,延长电池使用寿命,确保电池稳定运行。
电池管理系统(BMS)是连接车载电池与电动车的桥梁,其功能涵盖电池物理参数实时监测、电池状态估计、在线诊断与预警、充放电与预充控制、均衡管理及热管理等。若任何一项功能未能妥善实现,都可能对电池造成致命损害。
主流BMS配套企业概览
纯电动汽车的核心技术之一便是电池管理系统(BMS),它不仅连接着电池组、整车系统和电机,更是衡量纯电动整车性能的关键指标。由于其系统的复杂性,BMS具有显著的技术壁垒,需要时间进行技术研发,并且其成本约占电池组总成本的20%。在我国,BMS企业主要分为电池厂自营、整车厂自营和第三方经营三种类型。其中,电池厂自营类企业如宁德时代、中信国安盟固利、国轩高科、微宏动力等,凭借整套核心技术优势在市场上占据领先地位。而整车厂自营的代表,如比亚迪、北汽新能源、中通客车等,则在掌握核心技术的同肘,在成本方面也展现出优势。此外,第三方提供的BMS企业如东莞钜威动力、惠州市亿能电子、深圳科列技术等,也在市场上占据一席之地。了解这些主流BMS配套企业,将有助于您在选购纯电动汽车时做出更明智的决策。
BMS在电动汽车中的核心地位
BMS,作为电动汽车的电池管理系统,扮演着至关重要的角色。它是电池与整车系统之间的桥梁,负责处理多种关键信号,如电芯状态、碰撞检测、CAN通信、充电控制、水泵状态、高压系统以及绝缘监测等。任何过放电的情况都可能对电池造成永久性损害,而锂电池在极端情况下过热或过充可能导致热失控,甚至引发电池破裂和爆炸。因此,BMS必须精准控制充放电过程,防止过充、过放和过热现象的发生。
此外,锂电池的工作性能会受到温度的影响。在最佳工作温度范围25-40度内,锂离子电池能发挥出最佳性能。而BMS通过均衡技术,能有效改善电池组的不一致性,进而提升锂电池的整体性能。
电动车主要依赖锂电池提供动力,得益于其高能量密度,使得性能相对稳定。然而,锂电池在大量生产时品质控制较为困难,电池芯出厂时电量已存在细微差异。随着操作环境的变化,电池间的不一致性逐渐显现,进而影响电池效率和寿命。更严重的是,过充或过放等情况可能导致起火燃烧等安全隐患。
为了确保动力电池的安全运作,BMS应运而生。它能够精准测量电池组的使用状况,防止过度充放电,平衡电池组中每颗电池的电量,并计算电池组的电量转换为直观的续航力信息。简而言之,BMS就是电动汽车的“电池医生”。
电池管理系统对于电动汽车而言至关重要。它不仅关乎安全性、耐久性,还直接影响动力性能。在安全性方面,BMS能保护电池单体免受损坏,预防安全事故的发生;在耐久性方面,它确保电池在可靠的安全区域内工作,从而延长使用寿命;而在动力性方面,BMS则维持电池的工作状态以满足车辆的性能需求。
特斯拉的电池管理系统是行业中的佼佼者
通过深度学习和人工智能的应用,特斯拉的BMS能够不断学习实际驾驶的大数据,进而优化算法,使电池组的续航时间更为出色。以特斯拉Model3为例,其BMS具有五大特性:首先,采用大量小容量电芯构建75kWh系统,提高稳定性;其次,特斯拉自主研发管理系统,实现对每颗电芯的温度精确控制;再者,采用两阶段法进行电芯平衡,提升电池利用效率并降低衰减速度;此外,通过使用不导热材料和嵌入温度计,降低NCA电池的易燃性;最后,特斯拉积累了丰富的BMS经验数据,涵盖驾驶、充电、电池温度和容量变动等方面。这些特性共同为特斯拉带来了显著的优势。
大多数电动汽车在4至8年内电池容量会下降至80%以下,而特斯拉的电池则能保持90%以上的容量。
特斯拉的BMS具有很高的风险容忍度,能够充分利用大数据来维护和管理大量电芯。
特斯拉的系统设计灵活,能够使用相同的电池满足不同类型的汽车需求,如轿车、卡车、跑车、SUV等。
然而,特斯拉电池包也存在一些弱点:
电芯的安全性相对较差,尽管新款Model 3的电芯已采用阻燃材料进行固定,但仍存在燃烧风险。
模组更换成本高昂,即使单个电芯损坏也不会影响电池包的整体性能,但模组损坏则更换成本显著增加。
存在瞬间失控的风险,电力控制系统在短暂电力缺失时可能无法及时激活,导致安全保护和温度控制功能失效。
与特斯拉的BMS相比,雪佛兰Bolt的BMS特点如下:
Bolt BMS中监控电压及温度的芯片并非自主研发,而是由LG化学设计和ST微电子生产。
Bolt配备了25个BMS MCUs,而特斯拉Model 3则采用18个。
Bolt仅采用单阶段电芯平衡,若增加电池容量可能会影响电芯平衡的精确度,从而加速电池衰减。
综上所述,特斯拉的BMS在业界表现出色。同时,我们也探讨了电池热管理系统的重要性,以及不同车企如特斯拉、雪佛兰等所采用的风冷、液冷等不同冷却方式。在冬季低温环境下,纯电动汽车的综合管理能力显得尤为重要,因为空调的使用会严重影响整车的续航能力。
根据传热介质的不同,电池的热管理系统可分为风冷、直冷和液冷。液冷技术在成本和冷却效果上相对直冷更为优越,已成为当前主流的应用趋势。新能源汽车的热管理系统对其续航里程和电池寿命产生决定性影响。
在新能源汽车中,热管理的关键对象包括空调系统、电池包管理系统以及电机电控管理系统等。电池的理想工作温度范围在0-38°C之间,超出此范围会导致电池寿命的快速衰减。因此,对电池进行均温管理至关重要。
不同车型会采用不同的热管理系统,其本质在于降温、保温和升温这三种策略的平衡。目前,新能源车型主要采用降温冷却策略。在冷却介质方面,风冷和液冷是两种常见的选择。风冷技术因其成本低廉和在早期电动乘用车上的广泛应用而受到青睐。而液冷技术,通过液体对流换热来带走电池产生的热量,已成为当前应用最广的新能源热管理系统。
此外,还有一种中高端车型常用的直冷技术。它利用制冷剂蒸发潜热的原理在整车或电池系统中建立空调系统,能够快速高效地带走电池系统的热量。然而,直冷方式的功率要求较高,控制策略相对复杂,更适合高续航和快充需求的新能源车。
对于风冷技术,它适用于小型功率和良好工况下的使用。目前,国内市场上如北汽、众泰、吉利等车型的电池包仍采用风冷技术。
此外,新能源车的热管理系统还包括电池热管理系统、汽车空调系统、电机电控冷却系统以及减速器冷却系统等多个子系统。在冬季使用新能源车时,是否开启空调取暖成为了一个需要关注的问题。
在北方寒冷的冬季,许多电动汽车的续航里程会显著减少,为了节省电量,车主们往往不得不放弃使用空调取暖,导致驾乘体验大打折扣。然而,随着热泵技术的出现,这一问题得到了有效解决。热泵空调系统通过巧妙地利用车外的热量,实现了高效且节能的取暖效果,从而大大提升了冬季驾驶的舒适度。
热泵空调的工作原理与热交换类似。在夏季,它把车内的热量转移到车外进行散热;而在冬季,则相反,它把车外的热量转移到车内进行取暖。这一过程包括吸取环境中的热量、压缩并加热、利用加热后的空气加热车厢、将加热空气送入车厢以及将减压后的热量排出车外。相比传统的半导体加热技术,热泵空调的能耗降低了约50%,进而在冬季使用暖风时,能显著提升10-15%的续航里程。
目前,市场上已有不少电动车型搭载了热泵空调,如大众、奥迪、雷诺、宝马以及上汽荣威等知名品牌。尽管如此,热泵空调仍存在一定的局限性,在室外温度低于-5摄氏度时,其效率会受到一定影响。但即便如此,通过即时充电等方式,车主们仍能轻松应对冬季驾驶的挑战。总的来说,随着热泵技术的普及,冬季驾驶纯电动汽车已不再是难题。
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