廣西貴港，一輛行進中的電動汽車自燃。同日，武漢某小區停車場內一輛電動汽車充電自燃，引發周邊三輛汽車燃燒，事故目前正在調查中。電動汽車發生自燃的因素有很多，除了天氣以外，電池自身和電池管理系統BMS非常重要。

對于一臺純電汽車，電池容量好比油箱容量。電動汽車的續航能力，取決于電池的電容量和全車的耗電量。也可以說，未來電動汽車的成敗將取決于，電動汽車的使用場景、方式，以及電池材料、能量密度和復雜的電池管理系統。

為了提高汽車的續航里程，我們可以通過創新電池材料來提高電池能量密度和不斷優化電池管理系統BMS降低汽車電耗入手。用電池驅動的馬達取代內燃機只是復雜技術轉變的第一步。然而，增加電動汽車單次充電的行駛里程，并減少電池充電的時間，是一個更加棘手的挑戰。電池容量一直以每年5%~6%的速度增長。更密集的存儲和/或更多的電池將允許車輛行駛更長時間，加速更快，但獲得制造電池所需的材料受到地緣政治和環境問題的限制，所以許多替代方案正在考慮中。

如何讓電池在保持更多電量的同時，也讓它們能實現快速充電。對于這個問題，英飛凌高級工程師Felix Weidner給出的方法是，在電池陽極中加入了少量硅（大約5%~10%）。在充電過程中，將鋰離子泵入石墨烯中，一個鋰離子需要相當數量的石墨烯。由于硅可以捕獲更多的鋰離子，由此，將需要更多的硅，并得到更多的能量密度，但這一方法的缺點是，材料性質不夠穩定，且易膨脹。另有兩種元素——鎳和鈷，今已被用來增加密度和降低火災風險。但是，由于戰爭和地表礦產資源豐度偏低造成的短缺，推高了電動汽車動力電池的價格，這促使我們在全球范圍內尋找更豐富、更容易使用的新材料。

電動汽車的續航里程，與車輛使用環境息息相關。在低溫環境下，車輛行駛里程減少一半很常見、山地爬坡過多也導致電耗增加。由此，電池充電的頻率越高，電池的壽命也越短。這通常表現為隨著時間的推移，最大續航里程會減少，類似于手機電池隨著時間的推移而退化。但更換汽車電池需要一次性完成，以保持電池模塊之間的平衡，它比購買新手機要昂貴很多。這迫使汽車制造商要像芯片制造商那樣思考，即電力預算不變的前提下，新電子產品必須符合該預算。正如，西門子數字工業軟件公司(Siemens Digital Industries Software)自動駕駛和ADAS高級主管大衛?弗里茨(David Fritz)表示:“我們的目標是盡量減少充電周期，因為更換電池的成本讓一些人不敢使用這項技術。”“系統消耗的能量越少，我們驅動馬達的效率就越高。我們可以使用復合材料來幫助減輕重量，但這十分有限。下一個重大挑戰是了解所有電子產品的功能以及它們的消耗量。這是我們可以通過關閉這些設備并將它們置于低功耗模式來控制的。”

我們可以看出，電池管理的重要性。這里有兩個常用指標：一個是荷電狀態，即在任何給定時刻電池中有多少能量。第二個是健康狀態，即可用電池容量的百分比。電池管理比聽起來要難得多。如今，它涉及加熱、冷卻和確定延長電池壽命的最佳充電比例。但這僅僅是個開始。在未來，電池結構有望變得更加復雜，可能涉及到用于不同任務的專用電池和新材料。預計也會有壞電池回收利用的變通辦法。電池的健康狀況會隨著時間的推移而改變。因素之一是，當電池增加接近最大容量的電荷時，電池單元內部發生化學變化。電池沒電的時候更容易充電，但臨近充滿時候充電更難了，相對空電時，所需充電時間加長了；由于電池內阻的存在，導致散熱問題的出現，此時，可以通過BMS根據電池單元的溫度降低電荷。”

因電池過熱會引發火災，所以在電池安全方面，電池單元健康是最重要的指標之一。與電動汽車合作的公司特別關注電池內部的熱問題，這是引入新材料的挑戰之一。所有產品都需要長期在極端條件下進行測試，就汽車應用而言，可能需要長達五年的時間。所以我們需要監控電池，判斷并評估單個電池的健康狀態。而這，我們需要由電源管理芯片等組成的電池管理系統。目前，我們將所有的電池裝在汽車底部的一個電池組中，除了傳統的金屬材料導熱方式，還有一種使用導電流體的液體冷卻。如果我們把電池分布在不同地方，這樣集中在同一區域的電池會少很多，便于熱量管理。另一方面，當我們需要在室外溫度較低時加熱電池，這樣它們才能以最高效率運行。通過分配電池，我們可以在不同的地方加熱它們。

電動汽車的電池中，不是所有的電池都適合每一項任務。比如，車輛中的一些系統總是開著的。其他的可能只是偶爾使用。此外，啟動汽車和調用攝像頭的反應時間必須瞬間完成的，而啟動信息娛樂系統時產生一兩秒延遲通常會被忽略。這是否會發展成一種分布式電池架構，使用不同類型的電池，或者更好地控制現有的電池，還有待觀察。但在這一點上，所有的選擇都在探索中，包括可能使用氫燃料電池作為備用。

另外，我們需要提高車輛內部芯片和系統的效率，并進行低功耗的設計。人們對電動汽車需求，將更關注智能、高效的電子產品。相對與傳統的汽車芯片而言，電動汽車芯片有些是需要定制的。即便電池變得更先進，但仍然會有是幾千個不同的電子子系統和芯片，它們都將被連接起來。這絕對會消耗電力供應。與所有復雜的電子設備一樣，最大的挑戰之一是弄清楚如何劃分和優先考慮電力。這些變化，好比從多個離散集成電路到單片系統集成電路的轉變。我們在SOC中關閉電源的方式是使用時鐘門控，并在需要時打開或關閉。對于汽車來說，這可能很重要，但從汽車公司的角度來看，有很多ECU都在執行獨立的任務，它們不可能打開或關閉設備。西門子工程師Fritz舉例說：“我們正在與7家不同的oem合作，每一家都采取了非常不同的方法。其中一個方案需要4千瓦。我們能夠模擬相同的解決方案，基于最先進的技術，而不是一些現成的、耗電大的x86系統，我們能夠將其降低到40瓦。整個系統，一旦你加上所有的外圍設備，是50瓦，而不是4千瓦。這對續航里程和可持續性都有影響，因為一次充滿電可以節省約7磅二氧化碳。”

最后，電池化學、電池管理和電池設計正變得越來越復雜。電池的終極目標仍然是能夠快速充電，持續行駛數十萬公里，而且既安全又相對便宜。與大多數復雜的電子設備一樣，這需要權衡利弊，需要一些復雜的架構，還需要對車輛內部的電力傳輸和存儲系統進行不斷的重新思考。

審核編輯：湯梓紅