浅析电池热失控的检测与BMS的发展方向

最近因为工作关系查阅了不少的汽车电子架构和芯片方面的内容，从目前这个时间点来看，汽车电子的发展已经不是围绕单一功能或硬件堆砌的发展，而是扎扎实实围绕整个架构重组和功能分配来做。在三电领域里面，比较新的东西，无非是围绕电池里面的热失控预警和检测、电驱动系统里面的集成化（往下一代SiC，甚至是GAN的设计）。今天主要就热失控检测技术和BMS的发展做一点展开探讨。

Part 1：专门的热失控检测传感器和泄压阀的集成

从系统性的测试来看，单个电芯热失控从加热方法也好，到采用温度（因为本身加热的原因，实验和现实存在差异性）+电压（掉得比较慢）的模式还是相对比较慢的。能够拿来作为指针的，主要包括气体、烟尘、压力和电芯膨胀这四个。

· 气体：这个是稳定的释放量，有不同种类的气体释放；

· 烟雾：这个指针其实并不稳定，差异性比较大；

· 压力：在密封正常的条件下，整体压力差异性比较均一；

· 电芯膨胀：触发方式会有差异性

备注：在当前电池扩散到各行各业使用中，不光是动力电池，未来储能、二轮电动自行车的换电柜、电动汽车换电站，基于预警的消防其实是一个强需求。

图1 单一电芯热失控能够给出的指针信号

因此在这里有两条路径，其中一条路就是围绕之前消防的成功经验，把锂电池的压力和气体两个参量提取出来做传感器。

1）压力传感器，实际上我们发现要针对不同的压力释放过程，覆盖圆柱（21700到46800）、软包和方壳，即使是高精度的压力传感器也和整包的设计息息相关。我个人倾向于认为，这种方式均一性特别难做，把压力检测放到开阀上面可能更好。在电池系统压力变化中，其实主要和温度、冲击有关系，如下图所示：

图2 电池系统里面影响压力变化的一些事件

2）由于燃料电池的原因，过往汽车传感器厂家其实有一些技术储备，主要是基于H2的泄露检测，把这项技术拿来借用到锂电池热失控检测上是比较好的路径之一。

图3 基于压力、CO2和H2传感器对单电池热失控的检测

Part 2：电池管理系统的未来

在下面恩智浦所作的《Next-Generation Architectures For Battery Management Solution》里面有一张图比较典型，我们能看到在三电领域，都出现了高低压分离、硬件和软件分离的情况发生，也就是说未来分布式的电池管理软件，可能会被集成到Domain 控制器甚至是放到集中运算平台里面。我的理解，随着热失控缓解用到更多的热管理组件，想要覆盖上述这么多热失控检测和热失控延缓，必然要形成集中处理的模式，而由下层的硬件进行激活。

备注：这个过程还是比较慢，主要是BMS运算相对要求实时。

图4 电池管理系统把自己做成全硬件产品

小结：

我个人觉得，在电池检测和热失控延缓领域，会衍生出比较多的主动控制措施，需要调用更多的资源，这也使得电池管理的软件更快进入上层。

图｜网络及相关截图

作者简介：朱玉龙，资深电动汽车三电系统和汽车电子工程师，著有《汽车电子硬件设计》。