森薩塔科技賈永平：動力電池無線安全管理系統及熱失控預警

新能源汽車補貼政策從2016年開始退坡，同時提出動力電池高能量密度路線。近期接二連三的電動車自燃事件，引發了大眾對於電動車安全的進一步關注。7月5日，由蓋世汽車主辦的2019新能源動力電池安全技術論壇在上海舉行，進行了主題演講，內容如下：

賈永平：大家上午好，今天的主題是關於電動車安全的，我們的專註點是如何把失控動力電池可以提前預警，而且包括如何利用無線的電池管理系統可以讓我們的電池更安全。

用數據回顧一下森薩塔科技，森薩塔科技已經是超過100年的科技企業，是全球領先的提供感測，電氣保護，控制和能源管理解決方案供應商。2018年銷售收入為35億美金，有超過2萬名的員工，在11個國家擁有分支機構。我們每年有11億出貨產品，且都經過高度工程設計，我們有15個口碑品牌，用於製造和銷售，有超過47000種的獨特產品。

就汽車領域，產品的應用，傳統的基本上服務於所有的OEM還有Tier 1，包括安全的，那今天分享的主要專註點是電動化的動力系統，在這方面，我們主要也是專註在如何可以作出一些不一樣的東西，尤其專註在一些關鍵應用的零部件來賦予我們的整車，包括像電池包裡面的我們的高壓接觸器如何載流，另外包括主動和被動的這種熔斷器，還有在電動機裡面如何可以替代我們傳統的工業級的這種旋變，用更小的更可靠的感測器。

此外，今天還會談到，如何讓動力電池裡面的熱失控事件可以及時的預警，如何把電池管理系統從傳統的有線轉換成無線。

布局主要是兩點：一個是如何更貼近我們的客戶？貼近包括生產可以貼近，另外研發也同樣可以貼近客戶，主要是在美國和歐洲、中國，中國值得一提的是，作為全球三大研發中心之一，感測器就有超過300多人的專業研發團隊，不僅僅是支持中國，還包括亞洲和全球。這樣可以保證同樣的產品，在全球至少兩個工廠可以保證生產，保證全球穩定的供應。

電動汽車的安全，是今天的主題和焦點。在2018年有超過40起公開報道事故，2019年至少看到過超過10起，有些不同是2019造成更大的財產損失。

大家看到，包括在四月份上海地下車庫的一起停車起火，包括我們舉的另外一個例子，在荷蘭，4S店的展示廳的一次自燃的事故，這是一個典型的例子，不管是圓柱，三元材料還是方型電池，也不管是在中國還是在國外，實際上都是會發生的。

現在雖然我們做了很多的工作，但是普遍認為，電池的熱失控是會可能發生的，不是100%可避免的，我們能做的是把失效概率做的更低。雖然我不覺得電動車不安全，但是作為新技術來講，安全，已經成為阻礙整個電動車發展的問題和障礙。

在這裡，全球已經啟動了很多這樣的法規要求，特別是由中國作為第一個牽頭國來制定的EVS—GTR，大家知道傳統車上中國並沒有牽頭制定和標準，但是電動車有，我們有很多的經驗，我們的市場規模是當之無愧最大的。

在這裡，中國做的最主要的是電池的安全要求和預警，在我們對乘客發生的5分鐘之前必須要有報警，可以讓乘客安全的出來，減少傷害。

中國是第一個將此作為強製法規，今年1月份正式報批，明年7月，所有新報批的新能源車滿足這個法規要求，而對於所有在產的是在2021的7月份，所以這個是迫在眉睫的一個要求，但我覺得這是對全行業一個非常好的一個信息，讓我們至少可以有基本的指導，如何把電動車可以做的更安全。

在這裡，實際上大家知道，熱失控裡面，並不是說突然全部起火，而是有一個電芯，首先出現了熱失控，出現了爆燃，包括電解液燃燒噴發出來，電池包有相應的被動安全保護，但是不可避免溫度的影響會擴散到其他的電芯，這個過程並不是說一秒鐘發生的，從一個電芯到多個電芯是需要一定的過程時間，這裡還需要對電池包的被動安全，包括冷卻做很多的工作。

我們需要做的是，如何在第一個電芯熱失控時可以檢測和預警， 使得BMS可以介入做很多應急處理諸如降溫，報警等，直接報警到給整車廠的終端或者是城市的消防系統，我覺得這些是有很多工作可以做的，實際上我非常同意剛才蜂巢張總提到的一句：「國標是必須的要求，但國標的要求是最基本的」從我們的經驗說，如果我們可以預知第一個電芯的這種熱失控的話，我們通過相應的手段可以把這個熱失控控制在半個小時以上或者一個小時以上，甚至控制到不出現乘客艙的明火的威脅。

實際上大家知道的第一個電池芯爆燃的話要預警，裡面需要有感測器，實際上在電池包里也是有相應的感測器，大家知道有電壓，有溫度，那是不是這個就足夠了呢，現在通過我們的調研和實驗得出的是，單純電壓和溫度是不足夠來判斷它是不是熱失控，所以我們需要另外一個信號去增加它預警的可靠性還有即時性，通過我們過去一年相應的大量的實驗驗證，在電池包裡面，壓力監控是一個最可靠、經濟易用的方式。

這裡列了一些其他可選的方案，電池熱失控後溫度肯定升高，然後肯定會有爆燃的氣體出來，然後肯定會有煙霧，我們對比的這個主要角度來說它是不是有汽車級的這個可靠的產品，另外它的信號的即時性必須是最重要的。

除了信號本身的清晰度、感測器的功耗、另外不得不考慮的是它的成本。因此，從多個角度來講壓力是綜合性最好的一個方案，氣體的是大家看到這樣一種相應的主要問題，是它的功耗比較高，另外的話到現在為止，並沒有真正汽車級的產品。

還有一個很重要的技術問題，當我們在不同的S0C下，發生熱失控的時候，包括不同的電極配比，都會產生不同的情況，這就代表不可能用同一個感測器去探索到所有的這些情況。

煙霧也有類似的問題，包括響應時間。大家知道這個相應的溫度感測器是有的，但是溫度的傳遞它是需要時間的，電芯爆燃如果不在溫度感測器附近的話，它會需要一定時間去反應，這個都是在我們的電池包的實驗中所驗證過的，而如果每個電芯去加一個溫度感測器的話，不僅成本上升了，且從所有系統的複雜性角度看，也是很難接受的。而壓力是整個Pack，只要有一個Pack裡面的一個壓力感測器就足夠了，因為不管安裝到什麼位置，壓力波的傳遞是以聲速傳播的，所以它不會因為安裝位置來導致反應速度產生什麼問題。

我們的方案如何可以完整的探測到熱失控呢？

首先這是一個智能化的方案，在停車模式下，仍會有24小時的低功耗的監控。為什麼停車還需要監控？大家看到兩起事故都是在停車，沒有發生碰撞時發生的。比較完整的統計中我們可以看到大概有20%的熱失控事故是在沒有做任何動作的情況下產生的，也就是停車狀況下。停車階段BMS休眠模式，自帶的電壓監控和溫度監控都是不工作的。

我們的方案，在停車模式，即24小時低功耗的監控模式下，如果檢測到壓力的劇烈變化還有上升的幅度，就可以去喚醒BMS，讓它去監測電壓和溫度信號來判定是不是真正發生了熱失控。

所以在這個過程中，感測器的第一個關鍵點，在於這是全球從來沒有先例的應用，但是我們經過一年的實踐包括四五十個電池包的測試，積累了大量的數據和經驗，包括811或者是其他低能量密度的不同，三元鋰和磷酸鐵鋰也是不一樣的，軟包、圓柱和方形電池對比對這個系統的匹配也是不太一樣的，還包括感測器是否受海拔的影響，這個也在我們的方案裡面得到充分的考慮的，現在也跟所有的國內OEM已經在進行相應的方案測試，以保證我們開發出的是一個真正的讓我們的電動車可以更安全的汽車級新產品

由於這個感測器是用來保證安全的，所以感測器本身一定也要安全，從初始概念就必須包含功能安全的考慮，包括需要有更多的自診斷的功能，這也是這個方案的關鍵點之一。

目前，我們已經投入了一年多的時間，與我們的客戶一起在做一些產品定義和產品開發，我們獨立的智能感測器產品，預估會到明年4月真正投入到量產，即在法規生效之前，大家可以看到新的車型上將具備這個新的功能。

因為我們汽車產品需要不斷的迭代且有成本的要求，有性能的要求，有可靠性的要求，因此是否可以把它做的更小？更精細？響應更快？我們是不是可以把它做成無線的？雖然有線的也可以24小時工作，但是熱失控的時候，是否會導致線的一些功能失效？因此使用無線的就可以結合到這樣的一個概念中去：如何可以讓它更可靠？

我們的無線電池管理系統，就是現在這個領域比較前沿的一個方案，它的主要特點是中間的很多的信號線都可以去掉，大家直接的反應，我可以更簡單，可以減重量、體積，在相應的體積內可以裝更多的電池，從而增加這個能量密度，同樣的話也是增加它的續航里程，然後我實現同樣續航里程的話，就使用更少的電池。

安全性和可靠性是我們的無線電池管理系統最重要的特點。在我們實驗室電池，真正的模組之前，還是有風險的，不管我們去安裝，還是我們要測試它的SOC，或者我們在售後去維護它，包括客戶在使用過程中，無線的話真正的實現高低壓的隔離，就是高壓永遠不會到低壓的BMS通信端，真正實現物理的隔離。

在這個過程中，我們同時可以減少安裝、製造等很多的失效點，同樣可以減少我們的更多的安全問題。

另外一個我們談到了熱失控的預警，且帶有停車模式功能，現在的BMS基於有限的配製來說並不能在停車模式下實時的監控和判斷電芯的狀態，而這個隔離以後我們在層板有特殊的一些配製，BMS去監控我每個電芯的狀態，同樣有異常發生的話，可以更早的預警，這樣的話，可以喚醒我們的主控板。

當然大家可以考慮到布置感測器，整個生產過程簡化了，整個投資可以簡化，不需要人工去測試，只要無線工具就可以。

現在我們必須要梯次利用和回收。運用無線BMS，我就不需要拆解，我可以通過無線知道電芯的狀態然後有選擇的去利用它，這些我覺得都是無線所帶來的潛在好處。

對於整個BMS來說，作為最重要的大腦和控制模塊，需要更高的功能安全要求，它引入了無線通信技術，需要考慮更多的信息和網路安全，這些都是在整個設計中必須要考慮的，現在在我們所有的整車Pack級別的測試以及整車級別的測試上都基本上實現了我們之前定義的可以匹配到的有線BMS的Pack要求。當你沒有線的時候，你整個線的設計，就可以省掉了。

目前我們每個車型需要設計，一般線束是配製了這個模組，所以當整個配製完了之後BMS配合整個模組的配置，這樣的情況下每一個車型都需要定製化。如果我們全部是無線以後，可以做成標準化，然後標準的模組集成在一起，所有的模組都可以標準化設計，然後根據續航里程去進行配置，這是一個很重要的真正嘗試，是這個技術帶來的長期規劃的一個好處，當然對於這個配製來說我們也有很多靈活的配製，包括因為它是無線的，可以參考設計直接集成在主模塊上去。

這個新的技術，雖然現在市場上還沒有真正量產應用，但它可以帶來的前景會是什麼？

無線以後，是在整個電池包裡面形成了無線的區域網和平台。像我們家裡面的無線區域網一樣，有自己的無線網。它可以更深入化的進行實時監控，讓每一個電芯都無線化，然後每個電芯都可以有它的感應監測，可以更快的預警和預防到電芯的狀態和熱失控問題，這一切暢想都包含在了我們的整個規劃裡面。

當你家有無線區域網的時候，你回家以後，手機會自動連接上，電腦也可以連上，同樣，在整個電池包裡面，可以隨時的進入到無線區域網，可以無線化，支持整個數據傳輸功能，包括熱失控的預警，包括現在有的溫度感測器，電流感測器，可以都用無線的方式集成進來。

另外甚至包括高壓裡面對配電的控制模塊，裡邊有很多的控制器，熔斷器，如何讓整個包更智能化？現在很大困擾就是裡邊的執行器的壽命是無法控制的，是無法知曉的，我們可以通過這種方式，來增加裡面很多的智能監測功能，可以預判接觸器、熔斷器是不是有問題，是不是需要提前換它，這樣可以避免很多售後的問題。

最後我相信通過整個行業的技術創新和技術前瞻，可以讓我們的新能源汽車更綠色、更安全。

問答：

問：你們在BMS這塊是如何考核考量的？另外，從整個無線BMS考慮，5G成熟的話，對於盈利點會不會有大的空間？

賈永平：不一定回答的全，但是可以試圖回答一下，第一個是關於BMS的控制，最早的電動車像通用在北美的電動車，一般是集中式的方式居多，現在大家看到的是分散式的，它並不是把所有的控制功能都集中到我們的BMS主板上面，我的看法是這種分散式的可能會持續是一個主流，超過一半的配比。但是現在也看到一個趨勢，大家用大模組的方式，把整個分散式的模組數量減少，甚至大家發現，最先的集中式方式，模組少了，做一個大的主板成本會更低，這個有一定的佔有率。

另外跟很多的OEM交流中發現，現在是處於技術還沒有統一化的階段，有的考慮方式是，我可以把更多的控制功能集成到上面來，有的考慮方式會像熱失控預警一樣在層板上進行熱失控預警，這有一個好處，從板總是在包裡面，現在主板的話大家可能移動到從板上，放到從板上的好處就是我可以不用感測器，我可以用一個晶元去實現它，而且在從板上有更好的電壓模塊，不用擔心低功耗的問題所以很方便的識別，我覺得都是很好的方式，但是最終要看整個電池BMS和整個配置的綜合考量，包括可靠性、成本，我覺得綜合上述的一個平衡考慮，還是分散式會佔一半的量。

5G這個暫時還沒有影響到我們電池包，現在無線的BMS主要是集中在包內的電池控制，所以更多的還是考慮包內如何去信號傳輸，信號的信息安全，但是我覺得是一個很好的點，如何可以把更多的數據、信息跟後續的，包括其他的車與車之間的信息可以互動，可能在共享商用的車應用裡面會更容易一些，會有更多的暢想和發展空間。

問：我們做了很多的BMS的項目，像您說的無線方案我沒有遇到過，能否具體介紹下產品進程，且成本這塊，具體與傳統的BMS有什麼不同？

賈永平：關於無線BMS，我們現在是先跟一些國內外在新技術方面以有共同的探討的企業在合作，現在Pack這邊的測試已基本完成，整車級別的正在進行，對於產品來說，今年一季度，所有的A樣已經出來了，然後明年一季度應該是我們的B樣，然後最早SOP的時間我們跟客戶聊的是在2021年的時間點。

當然從成本來說，不要覺得無線BMS肯定是便宜的，且簡單的認為它就是去除了線，可能就是幾百塊錢這樣一個級別，它的線本身不多，但無線BMS單純從成本來說，肯定是比現在的傳統BMS要高，因為它多了收發模塊。我們有自己的收發模塊的定製IC，有IC以後，基本上可以和有線的方案達到差不多的效果，另外從無線BMS研發投入角度來看，包括整車級別的研發，無線的方案是在未來有很多潛在的價值和收益，包括我們剛才談的我們不需要更多的設計的工作，然後在二次利用，大部分像蜂巢都會顧及二次回收包括梯次利用，這個裡面有有很多潛在的收益。當然質量安全這個無法非常好的去量化，但是我覺得它是困擾我們電動車安全可靠性的很大一個方面。

另外保證生產過程中我們應該考慮到謹慎，總的來說，我希望做到的是考慮到整個生命鏈的價值，就像我們電動車考慮到它整個使用壽命，集成IC然後加上一些潛在收益，我們相信這個市場會朝這個方向去走，但是不會那麼快，可能到2021年我們20%、30%這樣一個滲透率，它的量已經足夠支撐。

問：在傳統的BMS功能安全里，你們公司在研發感測器的時候，是基於什麼樣的出發點？從產品研發開始，就已經有了這樣的概念？

賈永平：首先功能安全我覺得這個一定是的，然後我們一定要從研發的開始階段就明確它的功能安全的一些要求，這些是貫穿始終的，對於BMS我們的目標是ASIL D的要求，對於無線的應用來說我們跟國內很多專業廠家去聊，功能安全的確是一個挑戰。大家都知道，試圖去建立這樣一個系統是一回事，但是真正完善，且從所有方面都保證可以做到沒有問題，這個還是相對比較困難的。當然我覺得對於功能安全來說，流程是一方面，另外，安全可靠性更重要，實際上它從研發角度來說就是如何識別風險和避免風險這樣一個過程，原來傳統感測器系統裡面我們同樣是這樣考慮的。

回過頭來說，因為這是一個全新的產品和應用，沒有人在電池包裡面做過無線並且功能安全達到ASIL D，我們有跟第三方專業的公司去合作，基於功能安全的要求，包括如何做到ASIL D這個，所有研發過程正在進行中。因此我們對功能安全、ASIL D的要求還是比較有信心的。

還有信心安全在共享安全里同樣重要，我們在網路傳輸里，安全都有相應的級別劃分，信息技術裡面也有。但是在電池包裡面沒有，我們也是第一個跟美國的一家諮詢公司正一起把信息安全的標準建立起來，所以這個過程是相對比較艱難的，沒有那麼順利的。但是我們是必須要在功能安全、信息網路安全這樣的級別，保證我們後續在整車上的可靠應用。

問：最後補充一個問題，EMC對無線BMS的影響是？

賈永平：這個同樣，沒有前人之鑒，我們在Pack級別EMC、EMI的測試都已經多過，通過相應的模塊位置，軟體協議的定製化的糾錯的方法是完全可以解決這個問題的，就是我們現在這個2.4G的方法，當然還有包括進場的這種無線的方案，我們現在都做過相應的對比和研究，現在的方案應該是最可靠的，應該是沒有問題，可以解決的。

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