BMS升级变锁电，新能源车企为啥要这样做？-广州俱进电子有限公司

众所周知，纯电动汽车的动力输出依靠电池，而电池管理系统BMS （Battery Management System）则是其中的核心，负责控制电池的充电和放电以及实现电池状态估算等功能。如果说，把一台电动车比作人体的话，那么电池系统就是他的心脏，而BMS电池管理系统就是支配其身体运作的大脑。

BMS（电池管理系统）电器架构

为什么要有BMS？

既然叫做电池管理系统，BMS的主要工作就是处理和车载电池有关的任务。尽管当前的电池制造工艺已经让各个电芯之间的差异化缩小，但是单节锂电池之间仍然存在者内阻、容量、电压等差异，所以在实际应用中，电池组内部各单体电池容易出现散热不均或过度充放电等现象。时间一长，这些处于不良工作状态下的电池就很可能提前损坏，电池组的整体寿命也就大大缩短。

不仅如此，电池处于严重过充电状态下还存在爆炸的危险，造成电池组损坏的同时还对使用者的人生安全造成威胁。因此，必须为电动汽车上的动力电池组配备一套具有针对性的电池管理系统（Battery Management System,BMS），从而对电池组进行有效的监控、保护、能量均衡和故障警报，进而提高整个动力电池组的工作效率和使用寿命。

BMS的主要作用是什么？

一台电动车有上百块电芯，BMS是如何管理的？如果我们见到过，电池包的剖析图我们会看到内部具有上百块的电芯，如何管理这些密密麻麻的电芯系统呢？BMS系统的主要工作分成两大任务——对电池的检测和保证电池安全。

其中电池检测实现相对简单一些，主要是通过传感器收集电池在使用过程中的参数信息比如：温度、每一个电池单体的电压、电流，电池组的电压、电流等。这些数据在之后的电池组管理中起到至关重要的作用，可以说如果没有这些电池状态的数据作为支撑，电池的系统管理就无从谈起。如果我们把对电池的检测流程，看成对电池“体检”的话，那么这种“体检”是在线的、持续的、不间断的。过程中当发现数据异常时，可及时查询对应电池状况，并挑选出有问题的电池，从而保持整组电池运行的可靠性和高效性。当电池的“体检”结束之后，会进入分析、诊断、计算的阶段，之后生成“体检报告”，这个过程可以理解为电池的状态评估。

什么是SOC？

如果你开过电动车，那么肯定会在仪表盘上见到SOC的标识，这又是什么意思呢？SOC即State of Charge，是电池组的荷电状态简称，我们更习惯叫它电池剩余电量。SOC是判断电池过充及过放等一系列故障的基础，精确的估算SOC，可防止电池过充和过放，延长电池的使用寿命，从而提高电池的利用率。

其实，除了SOC估算，还有SOH（State of Health）,SOP（State of Power），用户可通过车上仪表显示，看到这些数据，从而确认电池的工作、功能状态。据此，在保护电池的基础上，将潜力发挥最大化，大大提升驾乘体验。

对于续航来说，SOC的精度很重要

SOC的算法一直是电池管理系统（BMS）开发应用的关键技术之一，它计算的准确与否直接影响到了，表显续航与实际续航的差值，如果计算不够精确的话，甚至会导致电池用尽车辆抛锚的情况出现。关于电池状态的估算，需要经过一系列复杂的计算。即准确估计电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态。SOC的估算精度高，对于相同量的电池，可以有更高的续航里程。所以，高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的电池成本。

目前车规级BMS芯片技术门槛高，供应商主要为国外企业。新能源汽车产业的快速发展带动BMS整体市场规模持续扩大，BMS芯片的重要性日益突出。然而BMS芯片的技术门槛相对较高，比如BMS MCU芯片需要大量专有技术(Know-how)经验积累，目前大量成熟解决方案被恩智浦等厂商掌握；BMS AFE的主要供应商为亚德诺、德州仪器等海外公司。企业没有长期的研发积累和大量的数据积淀，难以开发出真正满足下游应用需求的BMS芯片。车规级BMS芯片认证要求苛刻、认证周期长。随着国家“碳中和”战略的持续推进，中国新能源汽车产业将迎来黄金5年，为BMS芯片的应用提供广阔的市场蓝海。车规级半导体企业在进入整车厂的供应链体系前，一般需通过质量管理体系IATF 16949和可靠性标准AEC-Q系列等认证。在完成相关车规级标准规范的认证和审核后，还需经历严苛的应用测试验证和长周期的上车验证，才能进入汽车前装供应链。

电池与人员安全的守护神

BMS还有另一大核心功能，就是为电池组和人员提供安全保障。众所周知，电池过充、过放会带来局部过热，影响电池寿命不说，严重时会威胁到电池组的安全，进而引发人身安全隐患。这时，BMS的“充放电管理”模块就开启了保护职能，一方面与整车、充电机实现通讯，另一方面实时提供电池状态，便于及时发出指令控制，有效防止高充、低放的发生。在保护电池的模块，均衡也是很重要的一环，是保护并提升电池寿命的必要手段。另外，电池的保护还包括过压、欠压、过温、过流等的保护。简单来说，当实际参数高于或低于某约定值时，系统将自动做出判断，并采取断开、预充等方式保护电池安全。在人身安全方面，BMS通过高压控制的手段来保护。电池高压可达300-500V，远超人体安全电压36V，风险隐患极大，必须做好高压控制，最常见的就是继电器、高压互锁、绝缘防护。周全的高压防护控制，可有效保护司机、乘客和维护人员的人身安全。

如何理解电池的安全等级

国内的很多电池企业采用的是国际通用的ISO 26262评估标准。而ISO 26262标准又根据安全风险程度，划分由A到D的安全需求等级（Automotive Safety Integrity Level ，ASIL），其中D级为最高等级，需要最苛刻的安全需求。等级越高，对系统的安全性要求越高，为实现安全付出的代价越高，意味着硬件的诊断覆盖率越高，开发流程越严格，相应的开发成本增加、开发周期延长，技术要求越严格。ASILD等级，失效率为10^-8/h，意味着1辆车假定每天运行4小时, 需要运行7万年才出现1次由BMS导致的功能性故障。而如此低概率的失效率，可媲美飞机运行时的要求。通常来说，汽车行业对零部件的要求是B或C等级。

车规级BMS芯片主要依赖进口

BMS中主要用到的芯片有AFE、MCU、ADC、数字隔离器等。能提供车规级BMS芯片完整解决方案的供应商主要有ADI（AFE产品主要来自收购MAXIM、Linear的产品线）、TI、英飞凌、NXP、瑞萨（AFE产品主要来自收购Intersil的产品线）、ST和安森美等企业。其中，BMS AFE芯片（模拟前端芯片）负责采集电池电压后通过模数转换器（ADC）转换为 数字值，并送入MCU进行计算荷电状态。在车规级MCU方面，据不完全统计，近年来，包括杰发科技、全志科技、兆易创新、芯旺微、赛腾微、小华半导体、Chipways、芯海科技、云途半导体、芯旺微电子等国内厂商均有芯片产品已经陆续通过车规级AEC-Q100认证。而在BMS AFE 芯片方面，该芯片技术难度最高、附加价值也最高，国内涉及该产品的厂商较少。从公开资料来看，比亚迪半导体曾推出过一款满足AEC-Q100标准的车规级AFE芯片；Chipways的车规级BMS AFE(满足ASIL-C等级)芯片也已经成功量产。此外，矽力杰已经有BMS AFE芯片产品，但主要应用于工业领域，芯海科技、赛微微、华泰半导体也曾表示将研发多节BMS芯片。

2021年BMS配套量超300万套，其中前十BMS企业占据了74%的市场份额。

来源：NE时代

业内人士指出，车规级BMS AFE芯片产品仅验证周期就将达到1.5至2年，从产品定义到成型至少需要4年，针对苛刻的汽车应用环境，除了可靠性需要满足 AEC Q100 Grade1 品质标准外，ISO 26262汽车安全完整性等级ASIL-D级认证，或将成为制约国产芯片厂商发力BMS芯片的拦路虎。

为什么“锁电”，车企说的不算？

去年一年，新能源汽车发生了多起自燃、爆炸事故，仅在2021年12月，某国产品牌汽车就接连发生3起自燃事故。国内某车企研发工程师表示，快充尽管充电速度快，但动力电池内电芯并无法保证完全一致，大电流快充会导致电芯电压不一致，进而影响整个电池包的放电能力；此外，部分电芯充满，部分电芯未充满的情况下，BMS系统可能会判断电池包未充满，进而继续充电，导致部分电芯出现过充。早前，曾有部分车企产品因为电池过充而出现自燃事故。为了解决这种问题，部分车企会在动力电池行将充满时采用小电流充电，使得电芯电压尽可能保持一致，所带来的的问题便是充电时间增长，用户体验变差。而“锁电”可以在保证较快充电速度的同时，通过限制充电电量，减少过充的情况。过充过放可能会导致动力电池“析锂”，产生的“枝晶”可能会刺破隔膜导致正负极短路，引发热失控和自燃。“锁电”的目的就是为了防止这种情况的出现，但有些相关的OTA升级或线下升级，车企并没有明确告知车主锁电所带来的影响和效果，监管部门应该推出相关规定，要求车企明确告知车主升级内容和带来的影响。“锁电”这事儿已经不是某车企的偶然行为，已经快成为行业现象了。一位曾就职于某大型车企的技术专家说，“锁电”不是车企说了算的，决策依据更多还是来自于电池供应商。“锁电”比例，也是电池供应商根据使用时间和累计状态达到一定的状态，来设定的一个保护门槛。“锁电”首要考虑的因素就是起火概率。换言之，“锁电”是为了降低电池在固定使用期限后的起火概率。相关技术专家指出，考虑到化学电池的反应特性，SOC估值需要留出缓冲区间，以确保电池时刻工作在安全区域。所以，对实际使用场景来说，每辆车都有一个真正能用的电量范围，比如可以设置成5%-95%，释放88%或者90%的电量。　　以欧洲的车企为例子，一般都会给出两个数据，直接把使用区间做了标识，比如宝马i3最早期的版本，可用能量和总能量的比值介于82%至90%之间。　　而在美国，车企则是通过设置最高电圧或者最高SOC来缓解安全问题，或者是在BMS里设定最高的SOC，要么就是在中控屏系统设定推荐的SOC范围。

据知情人透漏，“锁电”并不是车企说了算，至于其中的责任，那就是车企和电池供应商都有责任。”不过至于如何界定双方责任，以及使用年限和状态如何影响“锁电”比例，对方以涉及保密协议为由，未能告知。近年来，新能源汽车自燃事故频发，车企限制充电速率和充电量，可能与汽车自燃有关，但这一点未能得到车企证实，只是猜测。

“锁电”争议引发更深层次的讨论是，OTA给智能汽车车主带来越来越多智能体验的同时，如何保障车主的知情权和选择权，以及车企和供应商能否通过OTA侵害车主对电池的所有权。

2020年11月25日，国家市场监管总局办公厅了发布《关于进一步加强汽车远程升级（OTA）技术召回监管的通知》（以下简称通知），规范了OTA技术的应用。《通知》中有提到，消费者、零部件生产者、软件与系统或数据服务商等获知生产者采用OTA方式隐瞒车辆缺陷、规避召回责任的，可以直接向市场监管总局质量发展局报告。《通知》还提到，市场监管总局质量发展局将组织相关单位加强汽车OTA安全监管技术研究，探索建立OTA监管数据平台，组织开展OTA安全技术评估，并加强相关的召回监督工作。　　“锁电”只能治标不能治本。为了解决汽车自燃的问题，我们应该从根本上加强对电池材料、制造工艺和加热处理的研究，以提高电池系统的质量。车主还应及时维护，必要时更换电池，充电前观察汽车状况，避免长时间暴露在阳光下。汽车安全需要汽车公司和车主的共同努力，以考虑汽车的性能和安全。业内人士表示。

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