出现问题时：电池管理系统故障缓解
什么是锂离子电池系统中的热失控？电池管理系统如何帮助减少故障以提高安全性？在这篇技术文章中了解更多信息。
在适当控制的环境中，基于锂离子的电池往往被认为是安全的。我们应该说“基本安全”，因为电池管理系统 (BMS) 和锂离子电池制造工艺并不总是完美的。但是，如果我们不能对抗锂离子技术的物理特性，我们可以争取更好的 BMS 设计。
在本文中，我们将在上一篇文章的基础上，讨论电池管理系统的介绍及其标准构建块。
在这里，我们将介绍发生故障时可能发生的情况以及如何减轻此类影响。考虑到电池技术的不断改进，我们还将简要介绍未来可能的 BMS 组件。
电池管理系统中的热失控
电力系统著名的故障模式之一是热失控，这通常与火灾危险有关。在 BMS 故障的情况下，由于硬件故障或固件错误可能导致热失控。
例如，平衡器中忘记的停止命令可能会无限期地继续过度放电。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。这会导致电池中正负极之间的隔膜因过度放电而分解和穿孔，在新的充电尝试后引起强烈的内部短路。
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检测。初始接触可能有足够的电阻来保持电池电压高，但具有非常高的自放电电流，使其无法被外部电流传感器或电压监视器检测到。
短路导致热电池。如果达到 60°C 以上的临界温度，它就会爆裂燃烧，加热邻近的细胞并引发连锁反应。这就是热失控，有可能造成灾难性后果。
图 2。 来自 2011 年雪佛兰 Volt 的燃烧的高能电池组。图片来自雪佛兰 Volt 电池事故概览报告
故障缓解
对于不可预见的错误，一种解决方案可能是在 MCU 发生致命错误的情况下使用外部看门狗，如图 3 所示。
图 3。 带有 MCU 看门狗实现的典型 BMS 框图
如果MCU没有卡住但是忘记了命令，cell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，如果发生由于 EMC 问题或辐射引起的闭锁，可以通过设计看门狗来消除它，使其可以发出电源循环，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
随着能量密度和电力需求的增加，越来越容易对电池单元提出过多要求。因此，必须实现更精确的电量计，其中电池阻抗是关键部分。
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，即使用一种新的局部交流刺激技术来监测电池电化学阻抗。存在其他方法，但它们需要空载电压参考和校准。
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。在缓冲库仑计数器样本时，FRAM 在电源循环后保留数据，这意味着固件在突然重置的情况下丢失最后有效数据的可能性较小。
但是，归根结底，真正不同的是电池化学：除了锂离子电池之外，还有更多选择。
如果您想了解有关电池系统的更多信息，请在下方发表评论以分享您的想法和问题。
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