当出现问题时：电池管理系统故障缓解

在适当控制的环境中，锂离子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，如果我们不能与锂离子技术的物理特性作斗争，我们可以改为争取更好的 BMS 设计。

在本文中，我们将以上一篇讨论电池管理系统简介 及其标准构建块的文章为基础。 

在这里，我们将介绍在失败的情况下可能发生的情况以及如何减轻此类影响。我们还将简要了解未来可能的 BMS 组件，同时考虑到电池技术的不断改进。

 

电池管理系统中的热失控

电力系统的一种故障模式是热失控，它通常与火灾隐患有关。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，忘记平衡器中的停止命令可能会无限期地继续过度放电电池。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膜分解和穿孔，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。

短路会导致电池发热。如果它达到 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。

故障缓解

一种针对不可预见错误的解决方案是在 MCU 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 没有卡住但忘记了一条命令，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 问题或辐射发生闩锁，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只是逻辑复位。这种架构不太常见。

 

减轻 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，必须实施更的电量计，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会有很大用处。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的电化学阻抗。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循环后保留数据，这意味着固件在突然重置的情况下丢失有效数据的可能性较小。

但是，终，真正不同的是电池化学：除了锂离子之外，还有更多选择。