电池管理系统中的热失控

电池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，平衡器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保险丝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，因此外部电流传感器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。