電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)的核心是動(dòng)力電池組，通常一個(gè)電池系統(tǒng)中包含上百個(gè)，甚至上千個(gè)電芯，如何保持電芯工作在合適的區(qū)間內(nèi)，電池管理系統(tǒng)（BMS）發(fā)揮著重要的作用。

本篇研究周報(bào)的主要內(nèi)容是電池管理系統(tǒng)在電動(dòng)汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)中的重要性。通過幾個(gè)典型的案例，分析研究電池管理系統(tǒng)在設(shè)計(jì)不妥當(dāng)?shù)臅r(shí)候會(huì)如何影響電池系統(tǒng)和整車的正常運(yùn)行，供整車企業(yè)參考。

第一部分 整車安全和電池系統(tǒng)

首先是安全層面，我們可以發(fā)現(xiàn)BMS設(shè)計(jì)不當(dāng)，主要是電池參數(shù)監(jiān)測(cè)機(jī)制失靈對(duì)于電動(dòng)汽車而言會(huì)帶來相當(dāng)?shù)陌踩[患，與BMS和電池相關(guān)的整車危害包含：

1. 意外釋放的熱能引起燃燒或火災(zāi)：電池管理系統(tǒng)未能有效反映電池工作狀態(tài)，導(dǎo)致在車輛使用過程中，電池意外地釋放熱能引起燃燒和火災(zāi)；

2.意外減速：車輛在行駛過程中，由于電池自身安全機(jī)制缺陷，無法提供足夠的能量，功率輸出特性降低，車輛意外減速；

3.暴露于高電壓系統(tǒng)：BMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)不能保證電池在合適電壓范圍內(nèi)工作，而高壓電氣系統(tǒng)會(huì)對(duì)車內(nèi)乘員產(chǎn)生直接的電氣威脅；

4.意外接觸有毒/易燃化學(xué)品：BMS設(shè)計(jì)不當(dāng)還可能帶來煙霧監(jiān)測(cè)功能失靈，如此，電池系統(tǒng)產(chǎn)生的有毒氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì)會(huì)泄露到乘客倉里，帶來接觸危害；

5.加速失效、整車動(dòng)力喪失：與第2點(diǎn)類似，電池功率在某些場(chǎng)景下受限。

圖1 電池系統(tǒng)安全在整車安全方面的定位

因此，我們需要考慮的是，在BMS系統(tǒng)失靈的時(shí)候，整個(gè)零件層面都會(huì)產(chǎn)生哪些一系列反應(yīng)。在以下的案例中，BMS承擔(dān)著更多的功能，所以也是以探討B(tài)MS的問題為主。

圖2 電池系統(tǒng)分解

由于動(dòng)力電池系統(tǒng)牽涉比較多的部件和供應(yīng)商，當(dāng)?shù)湫偷氖栴}發(fā)生時(shí)，如下圖所示，要解決這些問題往往需要從Tier1展開，定位問題的嚴(yán)重性，然后再一級(jí)級(jí)往下進(jìn)行分解。

圖3 問題分析和分解的過程

第二部分 案例分析

案例1：江蘇九龍汽車制造有限公司召回部分大馬牌純電動(dòng)客車

2017年10月，江蘇九龍汽車制造有限公司向國(guó)家質(zhì)檢總局備案了召回計(jì)劃，召回2015年4月1日至2016年10月31日期間生產(chǎn)的部分2015款6米純電動(dòng)客車，共計(jì)51輛。車輛部分批次BMS程序誤刷成測(cè)試版，測(cè)試版程序中低溫環(huán)境下SOC動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)功能有瑕疵，造成車輛行駛時(shí)可能斷電，車輛失去動(dòng)力，存在安全隱患。處理辦法為將對(duì)缺陷車輛的BMS（電池管理系統(tǒng)）刷新程序，以消除安全隱患。

SOC（state of charge，電量狀態(tài)）算法是BMS開發(fā)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一, 企業(yè)對(duì)SOC估算的高精度也往往是宣傳的亮點(diǎn)。

圖4 由于低溫的SOC估算出現(xiàn)偏差的問題

從一般的電池管理系統(tǒng)的SOC估算誤差原因分析，大致有以下四個(gè)變量，這些擾動(dòng)因素共同作用，使得整個(gè)SOC估算出現(xiàn)偏差。當(dāng)某些元素出現(xiàn)偏差的時(shí)候，就使得整個(gè)電池系統(tǒng)可用能量估算出現(xiàn)巨大的偏差，才出現(xiàn)九龍電動(dòng)客車的安全問題發(fā)生：

1. 溫度因素對(duì)剩余容量以及總?cè)萘康挠绊懀?/p>

2. 安時(shí)積分誤差對(duì)剩余容量的影響；

3. 電池組一致性對(duì)剩余容量以及總?cè)萘康挠绊懀?/p>

4. 循環(huán)壽命對(duì)總?cè)萘康挠绊憽?/p>

在這個(gè)案例里面，由于溫度和容量表沒有經(jīng)過完善的梳理，使得SOC與溫度校準(zhǔn)的表格出現(xiàn)問題，SOC在前期掉的比實(shí)際要慢，等到后面較低溫度可用容量放不出來的時(shí)候，整個(gè)車輛也就出現(xiàn)了直接的故障。這個(gè)是從功率和能量層面都要去仔細(xì)校驗(yàn)的。

案例2：大眾汽車召回電動(dòng)高爾夫

2016年3月，大眾汽車集團(tuán)在美國(guó)市場(chǎng)召回近5600輛高爾夫電動(dòng)版，以解決電池可能引發(fā)車輛熄火的隱患。電動(dòng)版高爾夫2014年11月開始銷售，去年在美國(guó)共售出4232輛。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)表示，大眾汽車將召回其在2015-2016年銷售的高爾夫電動(dòng)汽車，因?yàn)槠滠浖到y(tǒng)中存在“高電壓電池管理系統(tǒng)控制不足，內(nèi)部電流峰值時(shí)，存在一定的停擺狀態(tài)”，這可能導(dǎo)致汽車熄火。 “電池在臨界狀態(tài)引起高電壓，這反過來可能會(huì)讓車輛的電力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)產(chǎn)生緊急停機(jī)”。

l  Under certain conditions, oversensitive diagnostics in the high-voltage battery management system may inadvertently classify a brief internal electrical current surge/peak as a critical battery condition.

l  This can cause an emergency shutdown of the high-voltage battery, which in turn deactivates the vehicle’s electrical drive motor. Unexpected shutdown of the vehicle’s electrical drive motor (“stalling”) can lead to a crash.

圖5 電池管理功能保護(hù)機(jī)制

這也是一個(gè)典型案例。電池管理系統(tǒng)采集的物理參量有電壓、溫度和電流等，為此需要設(shè)計(jì)一系列診斷機(jī)制，當(dāng)外部的工況超過了設(shè)計(jì)估計(jì)時(shí)，一定條件下就會(huì)激發(fā)電池的診斷保護(hù)機(jī)制，從而使得整車無法行駛。大眾純電高爾夫的案例屬于典型的誤診斷的一種，是以基本的安全機(jī)制與實(shí)際工作情況匹配的過程。

案例3：三菱召回i-MiEV電動(dòng)汽車

2017年3月，三菱公司向日本國(guó)土交通省遞交了一份召回旗下部分車型的報(bào)告。報(bào)告顯示，該公司推出的i-MiEV電動(dòng)汽車所搭載的驅(qū)動(dòng)用蓄電池(電池集中管理單元)存在故障風(fēng)險(xiǎn)，因此需要接受召回作業(yè)。

此次的召回作業(yè)總共涉及3373臺(tái)三菱i-MiEV電動(dòng)汽車。這些車輛都是該公司于2009年7月4日至2010年9月27日之間生產(chǎn)的。三菱汽車公司之所以需要召回這些車輛，是因?yàn)樵谒鼈兯褂玫尿?qū)動(dòng)用蓄電池中，用來測(cè)定蓄電池電壓以及溫度信息的電池集中管理單元的控制程序存在一些問題。

當(dāng)用戶在斜坡處啟動(dòng)車輛向上行駛的時(shí)候，如果車輛在蓄電池電壓臨時(shí)發(fā)生變動(dòng)的狀態(tài)下，電池可能無法產(chǎn)生前進(jìn)所需要的驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)致車輛往后方倒退。 為了徹底解決這一隱患，三菱汽車公司會(huì)對(duì)此次所有召回車輛的電池集中管理單元的控制程序進(jìn)行更改，更新成為正確的版本。截止到目前為止，已經(jīng)發(fā)生了6起車輛坡路倒退的故障。

圖6 iMIEV電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng)

與前述問題類似，整個(gè)電池系統(tǒng)是為電動(dòng)汽車提供系統(tǒng)能量的，當(dāng)電池系統(tǒng)或者電池管理系統(tǒng)產(chǎn)生誤判，無法提供足夠的功率和能量時(shí)候，在某些地形和車速條件下，整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行就出現(xiàn)了極大的限制，相應(yīng)的車輛行駛故障也就產(chǎn)生了。

小結(jié)

電動(dòng)汽車的運(yùn)行實(shí)質(zhì)是電氣系統(tǒng)整合到傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，對(duì)于電動(dòng)汽車而言，電池管理系統(tǒng)是能量供給的控制單元，其設(shè)計(jì)中一系列診斷和保護(hù)機(jī)制，是控制系統(tǒng)魯棒性和相應(yīng)功能安全的保障，既是對(duì)動(dòng)力電池的保護(hù)，也是對(duì)電動(dòng)汽車行駛安全的保護(hù)。

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