BMS中电池SOC的计算是防止电池热失控的保证指标

2022-06-24
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据报道,去年国内新能源汽车保有量及销量突破新高,今年将继续爆发增长趋势。中国汽车工业协会上周公布的数据显示,今年1-5月,国内新能源汽车累计产量达到207.1万辆,同比增长114.2%;销量也超过200万辆,同比增长11.2%。

然而,在新能源市场的普及下,汽车自燃的频率也在不断增加。根据国家应急管理部消防救援局的数据,今年第一季度共有640起新能源汽车火灾事件,比去年同期增长32%,比普通交通工具平均增长8.8%。

根据这一趋势,电动汽车量的增加,电动汽车的自燃量可能也会继续增加。事实上,作为一种储能形式,动力电池与燃料一样,不可能完全保证100%的安全性和可靠性。只有通过各种安全措施,才能尽可能减少自燃的可能性。那么,我们需要解决哪些问题来降低电动汽车上动力电池的自燃概率呢?

在解决难题以前,自然要先掌握难题的缘故,也就是说动力电池自燃的缘故。从电池系统的视角而言,发生燃烧的缘故基本上只有三种:电芯因为持续累积温度上升,引起放热副反应,造成热量失控引燃电解液和周边电池;因为高压电路短路,造成温度过高引燃电池;外界发生燃烧造成动力电池系统热量失控。在其中二种是归属于外界缘故,包含进水、异物穿刺等造成短路,或来源于外界的热源等。

而沒有遭受外力作用下的自燃,基本上便是电芯自身的放热副反应造成的热失控。例如在电芯溫度在高强度放电下,不断累积热量没法释放出来,內部溫度持续上升以后,在不一样溫度下,电芯內部材料会产生不一样水平的分解。例如三元锂电池正极在超出180°时,就会刚开始分解,并大量释放出来氧气,是最好是的助燃剂,后续非常容易造成一系列的连锁反应,最后从1个电芯到力电池全系统的燃烧。

目前,通常有几种措施来应对这种可能的自燃现象,包括使用阻燃材料将每个电池分开,并在一定范围内控制单个电池的热失控影响;提前发出预警,或尽可能通过某些补救措施减少损失;更换放热副反应较小的电池材料;最重要的是监测电池的热管理系统,并在一定温度范围内保持电池的散热和加热。

电池热管理系统是BMS(电池管理系统)下的一个子系统。BMS利用监控数据控制散热系统或电池充电和放电功率,通过传感器BQ27541DRZR-V200对电池的温度、电压、电流和电池组电压进行监控,以在稳定水平下控制每个电池的温度。

一般来说,BMS系统包含多个部件的互相配合,包括数据采集模块、计算模块等等,其中会用到包括AEF(采集电芯电压、温度等信息)、用于计算电池电荷状态(SOC)的MCU、MOSFET、PMIC、ADC等。

在一些赛道测试中,我们可以发现,电动汽车通常通过限制放电功率来避免电芯过热,因为它们在激烈驾驶一段时间后会受到系统的限制。

另一方面,BMS也将在许多环境中发挥安全防御作用,这些环境会带来电池热失控的风险。例如,如果充电截止电压超过电池允许的最大电压,内阻会迅速上升,导致通过热量释放大量充电电池的能量。过度充电也会导致锂离析,导致电池严重损失、电池容量下降和寿命缩短。

然而,电力电池也可能有过度放电的行为。例如,在一组电池组中,一些电池的单个电压相对较低。在自身电量较低的情况下,串联的其他电池可能会被迫继续放电,从而导致过度放电。铜枝晶体穿透电池的两极隔膜可能会在过度放电过程中产生,导致电池内部短路。

因此,BMS中电池SOC的计算是防止电池热失控的保证指标,用于两种情况:过放或过充。SOC的准确性也是衡量BMS的重要维度。


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