鋰離子電池在適當控制的環(huán)境中往往被認為是安全的。我們應(yīng)該說大部分是安全的，因為電池管理系統(tǒng)(BMS)和鋰離子電池制造工藝并不總是完美的。但是，如果我們不能與鋰離子技術(shù)的物理學原理作斗爭，我們可以爭取更好的BMS設(shè)計。

在這里，我們將介紹發(fā)生故障時可能發(fā)生的情況以及如何減輕這種影響。

電池管理系統(tǒng)中的熱失控

電力系統(tǒng)著名的故障模式之一是熱失控，通常會引發(fā)火災(zāi)。在BMS故障的情況下，由于硬件故障或固件錯誤而可能導(dǎo)致熱失控。

例如，平衡器中被遺忘的停止命令可能會繼續(xù)無限期地過度放電。在這種情況下，即使檢測到問題并熔保險絲也不會停止電池放電。由于過度放電，這可能導(dǎo)致電池中陽極和陰極之間的隔板分解和穿孔，從而在嘗試新的充電后引起強大的內(nèi)部短路。

圖1.由于過放電導(dǎo)致內(nèi)部銅短路的形成

您可能想知道這樣的短路如何避免被發(fā)現(xiàn)。初始觸點可能具有足夠的電阻以保持電池電壓高，但具有非常高的自放電電流，使其無法被外部電流傳感器或電壓監(jiān)控器檢測到。短路會導(dǎo)致電池發(fā)熱，如果達到60°C以上的臨界溫度，它將破裂并燃燒，加熱其相鄰的電池并觸發(fā)連鎖反應(yīng)。這是熱失控，有可能造成災(zāi)難性后果。

圖2.2011年雪佛蘭Volt燃燒的高能電池組

減輕故障

針對意外錯誤的一種解決方案是在MCU發(fā)生致命錯誤的情況下使用外部看門狗，如圖3所示。

圖3.具有MCU看門狗實現(xiàn)的典型BMS框圖

如果MCU未被卡住，但忘記了命令，則單元監(jiān)視器可以實現(xiàn)看門狗系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4.具有完整看門狗實現(xiàn)的BMS框圖

或者，如果由于EMC問題或輻射而發(fā)生閂鎖，則可以通過設(shè)計看門狗使其熄滅，使其發(fā)出電源循環(huán)，而不僅僅是邏輯復(fù)位，從而將其熄滅。這種架構(gòu)不太常見。

減輕BMS故障的其他解決方案

隨著能量密度和功率需求的增加，對電池單元提出過多要求變得越來越容易。因此，必須實現(xiàn)更加精確的電量計，其中電池阻抗是關(guān)鍵部分。

一種直接在運行時直接測量阻抗的簡便方法將很有用。松下聲稱使用一種新的局部AC刺激技術(shù)來監(jiān)測電池的電化學阻抗，就已經(jīng)實現(xiàn)了這種方法。雖然存在其他方法，但是它們需要空載基準電壓和校準。

另一個改進可以依靠FRAM技術(shù)，該技術(shù)通常被MCU用作系統(tǒng)RAM。緩沖庫侖計數(shù)器樣本時，F(xiàn)RAM會在重啟后保留數(shù)據(jù)，這意味著在突然復(fù)位的情況下，固件丟失最后一次有效數(shù)據(jù)的機會較小。

但是，最終，真正的不同是電池化學：除了鋰離子電池以外，還有更多選擇。