問題が発生した場合：バッテリー管理システムの障害の軽減

リチウムイオン電池システムの熱暴走とは何ですか？また、バッテリー管理システムは、安全性を向上させるために障害を軽減するのにどのように役立ちますか？詳細については、この技術記事をご覧ください。

リチウムイオンベースのバッテリーは、適切に制御された環境にある場合、安全であると見なされる傾向があります。バッテリー管理システム（BMS）とリチウムイオン電池の製造プロセスは必ずしも完璧ではないため、「ほぼ安全」と言えます。しかし、リチウムイオン技術の物理学と戦うことができない場合は、代わりに、より良いBMS設計を目指して努力することができます。

この記事では、バッテリー管理システムの概要とその標準的な構成要素について説明した前の記事に基づいて作成します。

ここでは、障害が発生した場合に発生する可能性のあることと、そのような影響を軽減する方法について説明します。また、バッテリー技術の絶え間ない改善を考慮して、将来のBMSコンポーネントの可能性についても簡単に説明します。

バッテリー管理システムの熱暴走

電力システムの有名な故障モードの1つは熱暴走であり、これはしばしば火災の危険に関連しています。 BMSが誤動作した場合、ハードウェア障害またはファームウェアのバグが原因で熱暴走が発生する可能性があります。

たとえば、バランサーで停止コマンドを忘れると、セルが無期限に過放電し続ける可能性があります。このような場合、問題を検出してヒューズを飛ばしても、セルの放電は停止しません。これにより、過放電によりセル内のアノードとカソードの間のセパレータが分解および穿孔され、新しい充電の試行後に強力な内部短絡が発生する可能性があります。

図1。 過放電による内部銅短絡の形成。 XuningFengの好意により使用された画像

このようなショートが検出を回避する方法について疑問に思われるかもしれません。最初の接触は、バッテリー電圧を高く保つのに十分な抵抗を持つ可能性がありますが、自己放電電流が非常に高いため、外部電流センサーまたは電圧モニターでは検出できません。

短絡は暖かいセルにつながります。 60°Cを超える臨界温度に達すると、破裂して燃焼し、隣接するセルを加熱して連鎖反応を引き起こします。これは熱暴走であり、壊滅的な結果を招く可能性があります。

図2。 2011シボレーボルトからの焼けた高エネルギーバッテリーパック。シボレーボルトバッテリーインシデント概要レポートからの画像

障害の軽減

図3に示すように、予期しないバグに対する1つの解決策は、MCUの致命的なエラーの場合の外部ウォッチドッグである可能性があります。

図3。 MCUウォッチドッグを実装した典型的なBMSブロック図

MCUがスタックしていないがコマンドを忘れた場合、図4に示すように、セルモニターはウォッチドッグシステムを実装できます。

図4。 完全なウォッチドッグ実装を備えたBMSブロック図

または、EMCの問題や放射線によるラッチアップが発生した場合は、ロジックリセットだけでなく、パワーサイクルを発行できるようにウォッチドッグを設計することで、ラッチアップを消滅させることができます。このアーキテクチャはあまり一般的ではありません。

BMS障害を軽減するための追加ソリューション

エネルギー密度と電力需要の増加に伴い、バッテリーセルに多くの質問をすることが容易になっています。したがって、セルインピーダンスが重要な部分であるさらに正確な残量ゲージを実装する必要があります。

実行時にインピーダンスを直接測定する簡単な方法が非常に役立ちます。パナソニックは、細胞の電気化学的インピーダンスを監視するために新しい局所AC刺激技術を使用してまさにそのような方法を達成したと主張しています。他の方法もありますが、無負荷の電圧リファレンスとキャリブレーションが必要です。

もう1つの改善点は、MCUによってシステムRAMとして一般的に使用されるFRAMテクノロジに依存する可能性があります。 FRAMは、クーロンカウンターサンプルをバッファリングするときに電源を入れ直した後もデータを保持します。つまり、突然リセットされた場合にファームウェアが最後の有効なデータを失う可能性が低くなります。

しかし、結局のところ、本当の違いを生むのは細胞の化学的性質です。Li-ion以外にも選択肢があります。

バッテリーシステムについて詳しく知りたい場合は、以下にコメントを残して、考えや質問を共有してください。