关于电动汽车电池的11大误解

（本文编译自electronicdesign）

近几年，电动汽车技术快速发展，尤其是其电池技术，本文将探索关于电动汽车（EV）电池——这一汽车行业中最具前景的新技术之一——的11个最常见误解，以及与无线电池管理系统（BMS）相关的内容。

电动汽车电池被认为极其复杂，这一观念源于其早期开发阶段以及汽车中围绕它们的大量新型电池单元和其他系统，包括电池管理系统（BMS）。然而，随着时间的推移，电动汽车电池已变得不那么复杂，许多对汽车行业而言曾是新事物的组件如今已司空见惯，且可靠性也得到验证。

尽管电池仍代表着高度的工程复杂性，但持续的技术进步正在使它们的设计、使用和理解都变得更加容易。电池化学、制造工艺方面的创新，甚至电池架构的根本性变革，都有助于降低其复杂性。

关于电池模块是电池设计不可或缺的组成部分这一观念，随着下一代架构的出现正在被重新审视。从历史上看，电池系统一直使用模块作为基本组件，并将它们组装成更大的电池组。

然而，现在新兴的电芯到电池包和电芯到底盘的设计正在对这一传统方法提出挑战。电芯被直接集成到车辆结构中，从而提高了能量密度，增加了可用空间，并显著减轻了重量和减少了材料消耗。

尽管电动汽车电池曾发生过几起备受关注且被广为宣传的过热事件，但它们并非天生就是不安全的。事实上，得益于现代电动汽车中不断改进的设计，这类事件已经极为罕见。这些系统被精心设计用来严密监控电池的电量、温度和整体健康状况，并在可能出现安全隐患的情况下进行干预以防止事故发生。

从车辆碰撞和电池故障中汲取的教训进一步提升了电动汽车电池的安全性，推动了诸如智能保险丝、故障隔离内部结构和耐用外壳材料等技术的进步。这些措施，加上严格的测试和认证流程，确保了电动汽车电池在上市前就能够达到高功能安全标准。

提高监控水平也有助于增强安全性。例如，通过采用电芯级监控系统，可以在每个电芯中安装温度传感器，而不是几个电芯共用一个。这样，如果某个电芯受损或存在导致温度异常升高的缺陷，就能更快地被识别出来。

得益于技术的进步和对电芯性能更深入的理解，电动汽车电池的寿命随着每一代技术的更迭而不断提高。如今的电动汽车电池设计经久耐用，许多制造商提供的保修期长达十年之久，这凸显了他们对该技术的信心。

而且，由于化学成分和电池管理系统（BMS）的持续改进，使得电动汽车电池寿命得以延长，这些系统能够在多年和数英里的使用中保持其充电容量。

电动汽车电池的可持续性是一个主要被关注的点。但欧盟的电池护照（Battery Passport）和其他新规定旨在解决这一问题。提高电池的可追溯性，特别是电芯级别的可追溯性，有助于推动一个更加可持续的循环经济。

当电动汽车达到使用寿命终点时，电芯“护照”可以帮助工程师识别出哪些电池仍然可以被重新用于其他应用，如电网储能或可再生能源储能，这些应用对峰值性能的要求低于车辆的使用。

对电芯的历史、健康状态（SOH）和化学成分有更深入的了解，也有助于减少浪费，并促进在电池达到使用寿命终点（EOL）阶段时采取更安全、更负责任的回收做法。因此，我们能够更好地回收电动汽车电芯中蕴含的有价值资源，确保它们得到再利用。

尽管无线BMS通过取消复杂的布线提供了设计灵活性并提高了可靠性，但它也可能带来新的挑战。这些问题包括确保信号穿过金属电池组进行传播，以及防止由大功率线缆引起的射频（RF）干扰中断与主机微控制器（MCU）之间的无线通信。

与远场无线通信不同，在近场非接触式架构中，信号仅在电池监控芯片和顶置总线天线之间短距离传输。与远场解决方案相比，近场通信提供了更高的可靠性，并且通信协议即使在具有挑战性的射频环境中也能保证数据同步传输。

通信协议和架构的进步表明，电池中的无线通信可以减轻安全风险。尽管在车辆系统中实施无线通信时确实会对网络安全感到担忧，但有效的保障措施可以防止未经授权的访问和数据泄露。

通过使用安全且加密的通信协议，可以有效地限制数据访问。然而，仅仅将无线信号的传播范围限制在几厘米之内，就可以有效地消除任何安全风险。除非物理拆解电池，否则黑客几乎无法拦截这些信号。

电动汽车电池的健康状态是指电池在全生命周期中的性能和容量保持情况。通常使用‌SOH（State of Health）来表征电池的健康状态。SOH代表当前电池较于新电池存储电能的能力，是电池衰减的表征参数。电池的健康状态对于电动汽车的续航里程和整体性能至关重要，直接影响车辆的使用体验和安全性。

通常，一旦电池退役，其SOH信息就会丢失，如果要对电池组进行再利用或回收，就需要进行耗时且成本高昂的评估。此外，SOH通常是在电池组层面或模块层面进行评估，这可能会掩盖单个电池单元中出现的问题。

电池组通常是电动汽车中最昂贵的部件，汽车制造商（OEM）面临着降低其成本的挑战。虽然随着电池设计和工艺的优化，电池成本将持续下降，但技术的变革也能显著降低物料清单（BOM）成本。

除此之外，电池单元级别的“护照”不仅为电池的二次使用创造了更好的机会，还使回收更加有效，这将有助于降低原材料成本。

安全规范使得锂离子电池（Li-ion）的运输成本高昂，尤其是在电池健康状态（SOH）未知的情况下。当电池单元从原电池组中取出时，其SOH状态就会丢失，因此必须被视为潜在危险品。

然而，诸如欧盟电池护照等新规范有助于缓解这些担忧。电池护照是电池历史和SOH的数字记录，它提高了运输和处理过程中的安全性和透明度。它所提供的信息可以通过对电池在运输过程中的状态进行准确评估，降低保险和运输费用，减少不可预见的风险。

通过整合电池单元级别的监测，您可以进一步增强这种洞察力，为每个电池单元提供数据，而不仅仅是模块或电池组。这确保了电池单元可以从电池组中取出，进行更准确的评估，并可以安心运输。

电动汽车电池组装起来本身就很困难，因为它们是高功率设备，需要集成无数电线和传感器，同时还要尽可能减小封装尺寸。历史上，由于复杂的线束需要手动安装，这阻碍了电池制造的自动化进程，限制了生产线的速度和成本效益。然而，新的电池架构，如无接触电池监测技术，通过用简单、单天线的设计取代复杂的布线，简化了这一过程。

随着电动汽车电池技术的不断发展，上述的11个常见误解也将迎刃而解。据研究机构TrendForce近期发布的调查报告称，全球主要电池制造商，如三星SDI、丰田等都已开始试制全固态电池。目前，半固态电池在电动车的装车量已达GWh等级，电芯能量密度为300-360Wh/kg。由于制造规模小，加上制造工艺未完全成熟，半固态电池量产初期的电芯价格高于1元人民币/Wh。但随着制造规模扩大和技术成熟度提升，半固态电池综合成本可望于2035年降至0.4元人民币/Wh以下。如此，电动汽车电池的续航问题、安全问题以及成本问题都将得到有效解决，全球也将加速进入新能源汽车时代。