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电池管理系统中的热失控

出处:维库电子市场网 发布于:2023-08-03 17:21:33

    管理系统中的热失控
    电力系统的故障模式之一是热失控,它通常与火灾危险相关。当 BMS 发生故障时,可能会因硬件故障或固件错误而发生热失控。

    例如,平中忘记的停止命令可能会继续无限期地对电池过度放电。在这种情况下,即使检测到问题并熔断也不会停止电池放电。由于过度放电,这可能会导致电池中阳极和阴极之间的隔膜分解和穿孔,从而在新的充电尝试后引发严重的内部短路。

    图 1. 由于过度放电而形成内部铜短路。图片由冯旭宁提供
    您可能想知道这样的短路如何避免被发现。初始接触可能具有足够的电阻来保持电池电压较高,但自放电电流非常高,因此外部电流或电压监视器无法检测到。

    短路会导致电池发热。如果达到 60°C 以上的临界温度,它就会爆裂并燃烧,加热其邻近的细胞并引发连锁反应。这就是热失控,有可能造成灾难性的后果。

    故障缓解

    针对不可预见错误的一种解决方案是使用外部看门狗,以防 MCU 出现致命错误,如图 3 所示。

    图 3. 具有 MCU 看门狗实现的典型 BMS 框图

    如果 MCU 没有卡住但忘记了命令,则单元监视器可以实现看门狗系统,如图 4 所示。

    图 4. 具有完整看门狗实现的 BMS 框图
    或者,如果由于 EMC 问题或辐射而发生闩锁,可以通过设计看门狗来消除闩锁,使其可以发出电源周期而不仅仅是逻辑复位。这种架构不太常见。
    缓解 BMS 故障的其他解决方案
    随着能量密度和功率需求的增加,对电池的要求越来越高。因此,必须实现更的电量计,其中电池阻抗是关键部分。
    一种在运行时直接测量阻抗的简单方法将非常有用。松下声称已经实现了这样一种方法 ,使用新的局部交流刺激技术来监测电池电化学阻抗。还存在其他方法,但它们需要空载电压基准和校准。
    另一项改进可能依赖于 FRAM 技术,该技术通常被 MCU 用作系统 RAM。FRAM 在缓冲库仑计数器样本时会在电源周期后保留数据,这意味着在突然重置的情况下固件丢失有效数据的可能性较小。
关键词:电池管理系统

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