新能源汽车自燃频发，BMS如何保障动力电池安全？

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）2021年国内新能源汽车保有量以及销量突破新高，增长的趋势在2022年继续爆发。中汽协上周发布的数据显示，今年1-5月，国内新能源汽车累计产量达到207.1万，同比增长114.2%；销量也超过200万，同比增长111.2%。

但新能源市场的火热下，汽车自燃频率也在持续提高。根据国家应急管理部消防救援局的数据显示，今年第一季度，国内接报的新能源汽车火灾事件共计640起，相比去年同期增加了32%，这个比例要高于普通交通工具8.8%的平均增幅。

按照这样的趋势，电动汽车自燃数量随着保有量增长，可能还会持续出现。实际上，作为能量存储的一种形式，动力电池就跟燃油一样，不可能完全保证百分百安全可靠，只能通过多种安全措施，来将发生自燃的可能性尽可能降低。那么要降低电动汽车上动力电池的自燃概率，我们要解决哪些问题？

解决问题之前，当然要先了解出现问题的原因，也就是动力电池自燃的原因。从电池系统的角度来说，发生燃烧的原因基本只有三种：电芯由于不断积累温度升高，引发放热副反应，导致热失控引燃电解液和周边电池；由于高压回路短路，导致温度过高引燃电池；外部燃烧导致动力电池系统热失控。其中后两种都是属于外部原因，包括进水、异物穿刺等导致短路，或来自外部的热源等。

而没有受到外力作用下的自燃，基本上就是电芯本身的放热副反应导致的热失控。比如在电芯温度在高强度放电下，热量持续积累无法释放，内部温度不断升高之后，在不同温度下，电芯内部材料会发生不同程度的分解。比如三元锂电池的正极在超过180°时，就会开始分解，并大量释放氧气，这是最佳的助燃剂，后续很容易导致一系列的连锁反应，最终从一个电芯波及到整个动力电池系统的燃烧。

目前应对这种可能的自燃现象，一般有几种措施，包括用阻燃材料将各个电芯分隔开，将单个电芯的热失控影响控制在一定范围内；提前对已经出现的热失控发出预警，或通过一些补救措施尽量降低损失；更换放热副反应更小的电芯材料；而最重要的是，通过电池热管理系统，对电芯进行监测，并进行散热、加热等工作保持电芯处于一定温度范围内。

电池热管理系统，就是BMS（电池管理系统）下的一个子系统，BMS通过传感器，对电芯的温度、电压、电流、以及电池组电压等数据的监测，利用监测数据来控制散热系统或电池组充电、放电的功率等等，以控制各电芯温度在稳定水平内。

一般来说，BMS系统包含多个部件的互相配合，包括数据采集模块、计算模块等等，其中会用到包括AEF（采集电芯电压、温度等信息）、用于计算电池电荷状态（SOC）的MCU、MOSFET、PMIC、ADC等。

我们在一些赛道测试中可以发现，电动汽车往往在激烈驾驶一段时间后，会被系统限制动力，这就是BMS的作用之一，通过限制放电功率来避免电芯过热。

另一方面，在很多会带来电池热失控风险的环境下，BMS也会起到安全防线的作用。比如充电截止电压超过了电芯允许的最大电压，就会造成内阻快速升高，导致大量充入电池的能量通过热量释放出来。过充还会导致析锂现象，造成电池严重损耗，电池容量下降且寿命缩短。

而动力电池还有可能有“过放电”的行为，比如一组电池组中，部分电芯单体电压相对较低，在本身低电量下，被串联的其他电芯强制继续放电，就可能出现“过放电”现象。在过放电过程中有可能会生成铜枝晶穿透电池两极隔膜，导致电芯内部短路。

所以对于过放或者过充两种情况来说，BMS中对电池SOC的计算，就是防止电池热失控的一个保障指标。SOC准确程度，同时也是衡量BMS的一个重要维度。