让电动汽车束手束脚的，当真还是BMS？[3165字]332

广州车展前夕，阿尔特汽车展台发生起火事故，经调查为车辆调试人员操作不当引发了电气短路。虽然只是车展的一段小插曲，但“这把火”无疑又烧起了人们对新能源汽车自燃的担忧。

经过近几年的发展，新能源汽车市场出现了许多关键词：增长超过预期、自主品牌向上、出海成为趋势……不过喜人态势之下，却是越来越引人关注的续航问题和起火风险，尤其后者被视为电动化时代的“流量密码”——只要起火，品牌印象就先扎根了。 

火势现场视频截图

与燃油车火灾不同，新能源汽车起火的主要原因在于电池部件老化、外部碰撞、气温过高、电池热失控以及高负荷利用率。而当一项新产品新技术摆在人们眼前大力推广时，所有隐患和风险都会被无限放大。 

当然这并不意味着，车企可以对自燃事故的责任说“no”。如何避免此类事故的发生，降低消费者买车而止步新能源的可能性，并给予其更高安全感，对于汽车行业加快电动化转型、社会层面普及新能源至关重要。

这里，就不得不提到电池管理系统（Battery Management System，BMS）。小到智能手机，大到电动汽车、航空航天等领域，只要有锂离子电池的身影，一定少不了它。

动力电池背后的“军师”

BMS有四项主要功能：计算充电状态（SOC），计算电池健康状态（SOH），实现电池电芯均衡以及保护电芯安全。

对于优化续航里程，延长电池寿命而言，BMS起到至关重要的作用。BMS通过计算SOC预测剩余可行驶里程，一定程度上能够避免电池过充过放，进而带来不良影响；而对SOH的计算可以预测电池剩余使用寿命。

不过，SOC无法直接测量，需要通过电池组端侧电压、充放电电流以及放电倍率等参数进行估算，对温度传感器、处理芯片都提出了较高要求。而这些参数也往往会受到电池老化、温度等因素影响，使得估算出的SOC存在些许误差；

SOH代表了电池容量、健康状态等综合指标，从数值上说是电池组的性能参数和最初标定参数的比值。与SOC估算方法相同的是，SOH也会受到个别因素的影响。要实现这两个目标，BMS需得具备极高的精度。

而在电池均衡方面，BMS更像一位“协调官”。由于制造工艺的微小差异、使用过程中不一致的老化程度，电池电芯的电气性能不尽相同。

举个例子，当串联电池系统中的电芯电荷量有高有低时，电芯A电量马上就要充满，电芯B只充到80%，如果继续充电对于A来说便会过充，但B无疑会一直处于饥饿状态。这个问题在放电电路中同样存在。电芯A电量放到30%，电芯B马上就要被放光电量，此时会触发保护机制，导致整个电池系统不能继续放电使用。

要么为每节电芯配置独立的充电电路，否则随着充放电循环次数增多，电池本身的不良影响会愈加凸显。BMS通过平衡各电芯的电荷量，从整个电池组角度避免个别电芯过充过放。

电池组主动均衡与被动均衡技术；图片来源：ION Energy

最后一点，无论是三元电池还是磷酸铁锂电池，由于锂的化学性质活泼，易与空气结合发生氧化反应，内部采用的有机电解质又是易燃物，因而如果电池本身质量不过关，极易发生自燃，甚至爆炸。

锂离子电池虽然应用广泛，其本质却不那么稳定，尤其循环稳定性依然是产业亟待解决的课题。BMS通过监测电池模块，能够确保每颗电芯都在安全工作范围（SOA）内工作。

SOA由电压、电流和温度所决定，如果其中某个数值超出电芯生产商规定的安全阈值，就可能引发电池故障、热失控等风险。因而一个好的BMS会主动采取行动，将系统导向安全状态，切断电池组接触器。

最完美状态下，BMS能够确保电池组的安全工作，妥善管理电池充放电过程，从而提升续航里程和电动汽车的使用性能。与此同时，还能够通过估算SOH、调节电池组温度等方式延长电池使用寿命，降低整车生命周期的成本。

然而，传统嵌入式BMS很难满足上述需求，尤其在故障诊断和测量精度方面，仍和理想状态存在差距。正因如此，BMS逐渐走向云端。

云控BMS才是真正救星？

48V轻混系统BMS参考设计；图片来源：恩智浦

“一方面是来自OEM和车企的需求，采集存储电池数据不仅可以更好地进行电池管理，还可能会有一些其他用途。另一方面，一些国家和政府对于数据有相关的监管要求，比如在云端、在本地存储数据有最低要求，或者在云端和车端存储数据有最高标准。”

恩智浦半导体电池管理系统总监Andreas Schlapka认为，就像欧盟推出的“电池护照”概念一样，云端BMS可能也会成为业界未来的一个标准实践。

实际上，BMS上“云”与自动驾驶系统有着相似的发展逻辑，车端BMS系统专注于边缘侧的电池数据采集，并储存部分有用数据，而大量数据则会被上传至云端，用以训练算法模型，提升BMS的估算精度。不仅如此，云端数据还可以被用于电池故障诊断、充电策略优化等特性。

以恩智浦的高压电池管理系统（HVBMS）为例，其在车端采集的电池数据通过S32G GoldBox汽车网络参考设计传送到云端，并基于Electra Vehicles提供的 EVE-Ai™ 360 度自适应控制技术，在云端生成电池组的数字孪生模型，也就是“云端电池”。

该模型可以做模拟、预测，同时由于具备实时更新能力，“云端电池”可以将新的算法和模型应用于车端BMS，实现更精准、更高效的计算目的，进而提升电池使用安全性能，改善电池健康状态，以此延长电池使用寿命。

在Electra的云端算法支持下，恩智浦将电池健康状态提升了足足12%，同时可以更加精确地计算电池充电情况。这带来了两个明显好处，一来可以帮助用户更准确了解电池使用情况，二来消费者在掌握了电池相关信息后，可以选择快慢充或者是更加省电的驾驶模式。

不过这里面依然要考虑到数据所带来的不确定性。通常数据的质量会最终决定BMS的准确性和所谓精度，而数据的质量又取决于上传数据的频繁性，包括数据上传前在车端对数据的管理和预处理也是一个因素。

“数据上传的频率取决于OEM车厂和网络的可用性，随着4G、5G应用得更广，理论上可以实现更加频繁的数据更新。”据Andreas Schlapka称，有时用户并非是上传一台车的电池数据，而是要上传整个车队中搭载同一类型电池的数据。

这种情况下，就需要生成一个自适应的大数据模型，而恩智浦提供的云端BMS解决方案可以支持整个电动汽车车队的管理。从14V低压电池BMS，到48V轻混系统的BMS，再到PHEV、BEV需要的800V高压BMS，恩智浦的产品线铺陈开来，同时还能够提供从模拟前端IC到MCU的完整芯片组。

在AI、云计算和大数据等技术的支持下，BMS正在突破传统局限，朝着电动汽车时代该有的模样生长。这里诞生出机遇，也充满挑战。

2023-01-04

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