电池管理系统中的热失控及故障解决方法

在这里，我们将介绍发生故障时可能发生的事情以及如何减轻此类影响。我们还将简要介绍未来可能的BMS组件，并考虑电池技术的不断改进。

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，可能会发生热失控。

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，这可能导致电池中阳极和阴极之间的隔板分解和穿孔，从而在新的充电尝试后引起强大的内部短路。

图1.由于过放电而形成内部铜短路。

您可能想知道这样的短路如何避免检测。初始触点可能具有足够的电阻以保持电池电压高，但具有非常高的自放电电流，因此外部电流传感器或电压监视器无法检测到。

短路导致电池发热。如果它达到60°C以上的临界温度，它将破裂并燃烧，加热其相邻的细胞并引发连锁反应。这是热失控，有可能造成灾难性后果。

故障缓解

不可预见的错误的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. 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熄灭它，使其可以发出电源循环，而不仅仅是逻辑复位。这种体系结构不太常见。

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，必须实现更精确的电量计，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种方法，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，但它们需要空载基准电压源和校准。

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，这意味着在突然复位的情况下，固件丢失最后一个有效数据的可能性较小。

但是，最终，真正与众不同的是细胞化学：除了锂离子电池之外，还有更多选择。