新能源車的命脈 簡析電池管理系統

新能源車，特別是那些依靠電池組供電，電動機驅動的純電動車們，它們在結構上和傳統動力車型有著非常大的區別。對於純電動車來說，三電系統是這種車最核心的，也是關係到包括壽命、性能、衰減等各方面表現的最重要的一環。

雖然相對燃油車那複雜的動力系統更簡單，但純電動車的三電系統同樣有非常高深的學問，在今天這篇科普文章中，我打算先給大家介紹純電動車三電系統中最複雜，調校開發難度最大，也是最受人關注的PMS，即電池管理系統的原理和技術難點。

避開電池談PMS就是耍流氓

首先介紹一下純電動車上的三電系統都是啥。三電系統分為電池、電機和PMS三大模塊。而PMS，全稱Power Management System，直譯為能量管理系統。其實PMS系統的真正用途，是對整個三電系統進行統一管理。但PMS要管的兩大模塊，一個電機一個電池，電機是沒什麽好管的，無非就是通電，控制變頻器，改變一下電流之類的簡單參數，一個小小的單片機就能搞定，用不著PMS出馬。PMS真正要管的，是電池組。

在說PMS之前，首先大家要知道電池組的一些特性。現在無論是特斯拉用的那種圓柱形18650電芯，還是其他廠家用的封包型電池，他們本質上都是鋰電池，和你手機裡的那個沒啥區別。鋰電池本身是一種非常易燃易爆的危險物品，很容易就會鼓包起火爆炸，那為什麽會這樣？

我們先從最基礎的原理開始說起，電池的結構其實很簡單，正負極，裡面是一些極性為正的鋰離子，正負極之間有一層膜擋著，這層膜叫SEI膜，SEI膜旁邊還有一層電解液（常見的電池掛了，流出來的那些水就是電解液）。

工作原理也很簡單，鋰離子就像我們人一樣，也是有家的，它們的家就是正極，但呆在家沒法創造價值建設社會主義新時代啊，於是就需要充電，充電就是把鋰離子從家裡趕出來，強迫他們跑到公司（負極）去，當所有鋰離子全都“上班”了，那麽這個電池，就算充滿電了。

但正如大家下了班就趕緊往家趕一樣，鋰離子“下班”之後，也急急忙忙衝回他們的家，這就是放電，因為離子們實在是思鄉心切，放電一般都會伴隨著很大的能量釋放，這就是為什麽電池能提供能源了。

但跟人一樣，氣象太冷了，相當一部分鋰離子就會懶癌發作，呆在家或者呆在公司不願意動，同時氣象冷了，就像現在的行業寒冬一樣，公司要裁員要縮減規模，本來能坐100個鋰離子的公司，因為太冷，現在就只能坐50個人了，那剩下的50人怎辦呢？只能回家了。這就是鋰電池冬天為啥會電量不足。那麽氣象太熱呢？正如我們人類在夏天火氣大容易動怒一樣，鋰離子也會，所以，溫度過高，電池就很容易燒起來。

電池為什麽會起火？

大多數純電動車起火，都是發生在充電，尤其是快充階段，為什麽？前面說到，充電其實就是離子在電池內部的相互遷移。如果充電速度慢，而那張分隔膜品質過關的話，這不會發生任何問題。但問題，就出在快充階段。

所謂快充，其實根本沒有什麽高技術可言，無論是你手機電腦的快充或者是電動車的快充，都是基於一個很簡單的原理：加大充電電流或電壓（或同時加大），直接提高充電功率。但對於電池來說，無論是加大電壓還是加大電流，本質都是讓離子遷移速度加快。這時候問題就來了。

離子運動速度越快，就會產生越高的熱量，這也就是為什麽你的手機快充時電池特別熱的原因。同時，速度過高的離子運動，會讓過多的鋰離子相互融合，正負離子相互撞擊融合，會析出鋰晶體，當鋰晶體有一定規模後，就很可能會直接刺破分隔膜，從而導致的結果就是熱失控，也就是電池起火甚至爆炸。而在汽車電池組這種高密度結構中，只要其中一個模塊的鋰電池熱失控，不能承受熱的其他鋰電池模塊馬上會跟著起火爆炸，最終會導致什麽結果？就是電動車自燃了。

PMS，就是控制這個的

那麽怎麽確保電動車在快充階段，既能快速充電，又不會引起電池溫度過高甚至熱失控？這就是PMS主要做的事。其實快充必然會引起發熱，發熱必然會加大熱失控風險，這是無法兩全的。所以現在所有PMS系統的工作內容核心，就是嚴格控制充電電流，嚴格監控電池組內每一塊電池的溫度、電流、電壓和內阻值。

至於如何監控，監控有沒有效？發現潛在風險時的解決方案是什麽？是直接把大電流切斷？還是單獨切斷某個電池的供電？這裡面有非常多的學問，而且這都是屬於軟體調校方面的算法。一些有實力的大廠，自然會投入非常多的資源用於PMS算法的優化，但大家要知道，PMS算法的優化，是非常燒錢非常漫長的事情。

所以很多沒啥實力，或者是半路出家的廠家們，一般會退而求其次，直接去買別人開發好的通用算法。但通用算法不能保證一定適合這輛車的狀況。特別要指出的是，特斯拉的PMS算法是全球最先進的，但由於特斯拉本身的電池組技術方案，是並聯上萬顆18650或21500圓柱形電芯實現，因此就算特斯拉的算法再先進，面對上萬顆電池同時工作，特斯拉電池組的熱失控風險，其實是遠高於其他車廠的。因此大家也可以看到，特斯拉的自燃事故，幾乎是純電動車裡最高的。

PMS並非萬能仙丹，電池本身性能才是

所以其實PMS的算法再先進，處理速度再快，這種系統其實只是在應急時救命用的，作為一輛車的動力來源，電池組本身的性能和耐久性才是最重要的。只可惜，業界頂尖的電池組售價，一般是普通電池組的十倍以上，而花了十倍價格買來的頂級電池組，在電容量、充電速度等任何方面，跟普通電池組是沒有區別的。只有在用了5年之後，頂級電池組的價值才會開始慢慢體現出來，而這，並不能作為一輛純電動車，在價格戰激烈的市場上獲得優勢的辦法。

所以電動車自燃頻發，不是PMS算法不好，也不是充電樁有問題，歸根到底，其實只是廠家不願意給車裝上更貴，性能更穩定的高端電池組而已。但你能說這是廠家黑心嗎？也不能，廠家當然可以給一輛只賣13W的純電動車裝上當今世界上最好的電池組，但售價要飆升到80W甚至100W，你願意掏這個錢嗎？

（文章影片圖片來源於網絡）