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2024年12月31日，2024-07-15 07:53·金融界
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（张雪霞和儿子）
保持心情愉悦：良好的心情是健康的重要因素之一请保持乐观向上的心态享受美好的夏日时光。新能源汽车必不可少的“电池管家”，它都管了什么？2023-02-06 12:28·拆车坊在纯电动车领域，一款纯电动车所搭载的电池组容量越大，相对而言这辆车的综合续航里程会更加出色些，但这个正比关系是建立于电池组始终保持在安全状态，且能够持续正常充放电的基础上实现的。在内外部环境的影响下，电池组想要做到安全、正常的持续充放电，这中间离不开电池管理系统的参与，今天我们就来聊聊这套系统。“报告长官，请指示”电池管理系统(Battery Management System，简称BMS)是用来管理电池的系统，主要负责监测和管理电池组的工作状态和效率，发现问题后可及时进行维护，在延长电池使用寿命的同时防范可能发生的过充过放等危险。其实我们平时用的手机，还有平时骑的两轮电动自行车等产物，它们的内部其实也配备有电池管理系统，只不过相对于一辆重达一两吨的纯电动车的来说，后者的电池管理系统显然是更加复杂、更加精密的。纯电动车所搭载的电池管理系统从功能上来讲，它主要具备检测、评估、诊断、控制、交互等作用。如检测电芯的温度、电流、电压，以及电池包绝缘状态、接地状态、高压互锁状态等数据信息，还要评估电芯和整个电池组的健康状态，诊断电芯是否有过充、过放等行为，或系统中的某个子系统是否出现故障等，这些都是电池管理系统主要的功能和作用。电池管理系统从结构来看，它主要由采集单元、控制单元两大结构组成，前者负责检测并采集记录电芯的温度、电流、电压等数据信息，如果发现异常系统会及时发出警报，后者的作用是控制电芯充放电的细节参数。如果电芯都处于正常的工作状态，那么电池管理系统则会主动向整车控制器报告自身的情况，就像是列好队的士兵向长官高喊“XX班应到X人，实到X人，请指示！”，如果驾驶员此时踩下电门踏板，那么整车控制器便会向电池管理系统发出“全速前进”的作战指令，后者接收到这一重要指示后，控制单元便会控制电芯进行正常放电，驱动车辆的电机转动来提供加速行驶的动力。高矮胖瘦怎么平均？我们都知道，纯电动车每充满一次电行驶过一段距离，如果系统出现电量不足的提示后，这时候就要及时对车辆进行充电，以免出现过放的情况损害电池组的使用寿命。在为车辆插上充电桩后，驾驶员就可以回家吃饭睡觉休息了，只需等到车辆充满电就可以拔掉充电枪了，但是在这几个小时的过程中，电池管理系统可就没那么好运了，说它忙的是焦头烂额一点都不夸张。因为纯电动车的电池组是由许多单体电芯组成的，即便是制作电芯的材料和生产工艺都非常成熟了，但都不能完全保证每个电芯的参数是一模一样的，就像我们人一样有高的、有矮的、有胖的、有瘦的，所以电芯的一致性就很难保证，因此也就导致了由许多单体电芯组成的电池组会具备“木桶效应”。我们都知道，一个由高矮不一的木板制成的木桶，如果向木桶内部不断注水，随着桶内的水位不断上升，那么最矮木板所在的区域便开始向外流水，就很难用水注满整个水桶，电池组在充电时其实也会面临这样的情况。在车辆的充电逻辑上来说，如果没有电池管理系统的参与，电池组在充电时会出现容量最小的电芯已经充满电，容量较大的电芯还没有充满电的情况发生，为了防止电芯过充可能引发热失控，此时系统便会停止为整个电池组充电。假设继续强行充电至容量最大的电芯充满电，那么前者因为过充的原因，可能会出现发热现象并导致热失控情况的发生，即便是没有发生热失控事件，容量最小的电芯因为经常过充，其使用寿命也会大打折扣。如果没有电池管理系统的参与，电池组在放电时也将遵循这个逻辑，当容量最小的电芯放完电，那么整个电池组便都会集体“罢工”。长时间如此，容量最小的电芯一直处于满充满放的状态，容量大的电芯一直是使用的是部分容量，相当于是每次考完试后得满分的同学，回到家都会和考0分的同学一样挨顿揍，学习好却还挨揍的同学岂不是太亏了，消费者花钱买车却只能体验到差电芯带来的服务，那岂不也是非常亏。为了应对因为电芯不一致性带来的困扰，电池管理系统中的均衡功能就被开发了出来。均衡功能又分为被动均衡和主动均衡两种方式，其中前者是在容量较小的电芯被充满时，不停的消耗掉这部分电芯中的部分电量，一直持续到容量最大的电芯被充满电。被动均衡的方式因为一直是边充边耗电，所以电池组会产生一定的热量，但胜在成本低。主动均衡会在电池组中额外加装一些储能元件，当容量较小电芯的电量被充满后，后续输入到这个电芯的电量会转移到储能元件中，最后再转移输入到容量较大的电芯中。主动均衡的方式因为加装了储能元件，其成本会变得更高，而且更加复杂的线路转接，可能会提升电池组的故障发生率，所以当下大多数纯电动车使用的多为被动均衡方式，来让电池组中所有的电芯都能充至满电状态。热管理之散热除此之外，大家耳熟能详的电池热管理技术，也是电池管理系统中的重要组成部分。所谓热管理技术，也就是针对“热”这个词汇展开研究的，因为电芯在放电时会产生热量，电池组内部属于是封闭有限的空间，如果在短时间积压了大量热量无法向外排出，那么电芯内部的绝缘隔膜可能会失效，最终导致电芯短路造成自燃起火等热失控事件。为了避免出现此类热失控的情况，早期纯电动车电池组的内部使用的是风冷散热方式。其中风冷散热又分为被动风冷和主动风冷，前者是抱着非常“佛系”的态度，基本上是没有过多的散热设计，只是被动的依靠电池组自身向外界散发热量，以此来解决电池组内部的积热问题，可想而知散热效果非常让人堪忧；后者则是为电池组加装散热风扇，并且再设计一些风道将热风吹出去，这样的设计倒是和电脑主机箱有些相似，其散热效果要强于被动风冷散热。随着时代的发展，纯电动车的续航里程越来越长，那么相应的电池组容量也会水涨船高，所以风冷的散热方式逐渐无法满足电池组的散热需求，散热效果更好的液冷逐渐成为了主流的散热设计。液冷散热又分为直接接触式和间接接触式，前者是将整个电池组直接浸泡在冷却液之中，虽然这些液体都是不导电的材料，但真正实现起来还是非常困难的，当下除了赛事级别专业打造的车辆外，普通的家庭乘用车基本上都无法做到这样的设计。在成本和技术的考量下，间接接触式液冷散热也就成立当下纯电动车的最佳选择。间接接触式液冷散热是在电池组的侧方或底部加入金属板和冷却管路，电芯产生的热量由金属板转移至冷却管路中，通过冷却液往复循环的不停运转，最终将电芯产生的热量及时排至外界，其实从本质上来说这套思路就是空调制冷原理，只不过金属板、冷却管理和冷却液成为了热量转移的主体。热管理之加热电池组的热管理技术，其中“热”不仅是只包括散热，同时还具有加热层面的意思。我们都知道，纯电动车在温度较低的环境中，车辆的续航里程会出现打折扣的现象，并且在充电时也可能出现充的慢等情况，这是电芯内部的化学反应随着温度降低，其化学活性也会随之降低的原因导致的，所以为了保障纯电动车在低温环境下的续航里程，为电池组主动加热就成为了一项有效的解决方案。不仅仅是电池，我们人在寒冷的冬季也不想外出活动，有些人会在被窝里铺上一条电热毯，以此让被窝里始终保持着合适的温度，电池组的加热也可以使用类似的办法。工程师们通过对电池组加装一些PTC热敏电阻或加热膜，在温度较低时进行通电使其产生热量，以此让电芯处于温度适宜的工作状态，最终去降低温度对车辆续航里程的影响，不过这种对高电阻线路通电产热的方式，其缺点是会消耗掉大量的电量。在冬季，人们除了在被窝里铺上电热毯，还可以使用热力公司提供的暖气让房间里暖和起来，所以工程师们也使用了类似的方式，让电池组在寒冷的环境“暖和”起来。在对PTC热敏电阻加热的基础上，可以将电阻和液体循环管路联合协作，为电阻通电使其产生热量，让管路中循环的液体热起来，最终将电池包控制在电芯适宜的温度区间，这其实就是对PTC热敏电阻加热方案进行了优化，耗电量相对来说有所降低而已。除了这些我们熟知的加热方式，当然还有一些科技含量更高的方法。如听着就很科幻的脉冲加热和热泵加热。前者是利用低温内阻变大的物理特性，在电芯两端预装了一些特殊装置，它可以让电流流经内阻较大的电芯，电流高频次的通过内阻较大的电芯就会快速产生很多热量，以此将电池组的温度提升至电芯适宜的工作温度。“热泵”这个词汇相信大家近两年都听说过，热泵空调现在也逐渐成为了纯电动车的标配，电池包的热泵加热也是利用传统的气体转化为液体需要放热，液体转化为气体需要吸热物理特性，将外界的热量置换到电池包内，为电芯提供适宜的工作温度。除了这些主动耗电为电池组加热的方式，其实驱动电机也是可以为电池组进行加热的。我们都知道一辆纯电动车不仅有电池组，还会搭载有数量不同的驱动电机，在车辆行驶途中不仅电芯放电会产生热量，驱动电机处于工作状态也会产生很多热量，所以电池组、驱动电机都有自身配套使用的热管理系统。针对温度较低的寒冷用车环境，有一种将电池组、驱动电机的热管理系统合二为一的设计理念。即电池组、驱动电机共用一套热管理系统，车辆在行驶途中驱动电机产生的热量，通过集成化热管理系统输入到电池包，利用电机运转产生的废热维持电池包的温度，这样就可以减少耗电加热为电池包保温所使用的电量。电池管理系统不仅只是在纯电动车处于正常运行状态时起作用，当车辆发生了意外碰撞事故时其也会积极参与，并最大程度保障乘员的生命安全。如果车辆发生了碰撞事故等危险情况，因为电池组内部都是比家用220V电压要高的高压电源，如果在碰撞事故中电源线破裂，乘员触碰到高压电可能会有生命危险，此时电池管理系统便会及时出手，按照国标要求及时下电并降低部分电路中的电压，以此来保障乘员的生命安全。写在最后：纯电动车的电池管理系统其实就是当电芯一切正常的时候，按照整车控制器的指令去办事，当检测电芯不正常的时候就及时给出对应的方案，让电芯恢复至能够正常工作的状态。其实就像我们人一样，没生病的时候就该吃吃该喝喝，生病的时候就去医院看个病打一针再开点药吃，等病好了就继续该干嘛就干嘛，虽然嘴上说着很简单，但是要将电池管理系统做好其中是难度也是非常之大，所以对于一家车企来说电池管理系统可以称得上为一项重要的商业秘密。