1.4 TI BMS 方案 - BMS安全保护基本原理

第三部分是对 BMS 安全保护的一些基本原理的介绍 首先我们做 BMS 的目的 就是防止灾难性的故障发生 燃烧起火是最危险的这样子一个状况 为了防止电芯的一个燃烧和起火 首先它的温度和它的电流就必须去做到监控 它的一个短路的状况 包括内部的电芯短路 Pack 组的一个内部短路 Pack 的外部短路 这三种短路条件 过充会导致电池的同样的一个失效 会引起这个电池的一个老化 甚至说是燃烧、过放 还有就是过热这三个灾难性的故障 对于短路来说 首先 BMS 整个系统 无法去监控到电芯内部的一个短路 所以它对电芯内部的一个内短路来说 是没有办法去做到这样的管理 只能去依靠电芯厂 电芯制造商的一个质量管理 和它在设计上去保证整个电芯 在整个使用环境中能够正常工作 BMS 能够做的去对电芯的一个 Pack 组 它做的一个短路保护 另外就是对过充过放和过热这三个条件的监控 首先对于过充过放 在 Pack 组中我们可以增加运放 或者是 ADC 去做电压的检测 检测到过压或者欠压这样条件发生的时候 对整个电池进行管理 如何进行管理 最简单的方法就是通过我的驱动器 驱动回路的 MOS 管 将整个回路断开 就可以保证电池不会被过充或者过放 由于充和放是两个方向的 需要两个 MOS 去做不同方向的一个路径的切断 而对于过压和欠压点的一个判断的话 通常来说是在过压点上我们会有一个等待时间 有一个恢复时间 并且会设定一个滞环值去保证说不会误触发 同样也会在欠压点做相应的一个措施 对于过流来说 需要去通过电流计去 对整个回路的一个电流进行检测 过流保护分为充电过流、放电过流还有短路 这三个过流条件 分别对应了不同的一个电流方向 以及电流的保护延时时间 短路保护所需要的响应时间是最短的 如何设定不同的短路的阀值以及短路的保护时间 通常在做不同等级的过流的一个设定的时候 越低的一个保护阀值 它的延时时间就越长 越高的这样的一个阀值 它的这个保护时间就响应时间就需要的越快 成一个反函数的关系 另外对于温度的一个监测的话 通常来说会在电池组内放置 NTC 如果对于大型的电池上可能会放多路的 NTC 去监控不同位置的一个温度 这样子一个完整的 BMS 管理系统就展现在大家面前 包括电压测量、温度测量、电流测量 以及一个逻辑控制去驱动回路的一个 MOS 这样子的一个保护我们称它为一次保护 而在一次保护以外 我们通常会做一些冗余的保护 会单独用一个芯片去监测电池电压 去作为一个后备的手段 切断整个回路的一个熔断器 这个比较器也只是用来做一个过压的一个比较 这个我们称之为二次保护 除了对电压电流温度的一个保护之外 对电池品牌来说也会有一些安全性的挑战 那就是一些山寨或者是未经过认证的电池 会对社会造成一些危害 因此电池的认证也是一个需要考虑的因素 首先对电池来说 要有不同的认证机制 从无认证的机制到基于机械结构的一个认证机制 主要是通过模具的一个尺寸的大小和它的形状 来防止不同电池或者是非原装电池的一个使用 但是这个比较容易去模仿 基于电结构的一个认证的话 就是基于 ID 的一个识别 甚至是基于安全加密认证机制这样子的一个认证 在电池组内可以放一个 带安全机制的这样子的一个芯片 通过通讯的方式对它进行一个识别和认证 保证了电池的一个可控性 基于一个安全认证的话 如果是固定 ID 就比较简单 在芯片中是会放置一个 ID 号码 通过这个 ID 号码的识别来对整个电池进行认证 但这个也是比较容易去破解的 对于安全加密机制的这样子的一个认证的话 主机会通过随机码发起一个认证 然后从机设备根据这个随机码 和内部已经存储的私密去计算出一个结果 返回给主机 而主机也会同步的去用这个私密和它的随机码去进行计算 得到的结果如果是相等的 那就认证完成 这个随机的一个过程 它的计算是随机的不可逆推的 类似的芯片有 BQ26100 另外在考虑电池组高压串联的一个电池组的时候 它需要考虑的是电池一个均衡的问题 在串联的过程中 如果串联的电池有任何一节加速老化 这一节电池的电压会偏高 比其他电池要高 那在充电的过程中 这些电池会首先达到它的一个满充电压点 导致它的一个整个电池组无法再进行继续存储容量 在放电的过程中同样 这个老化的电芯会提前到它的一个欠压点 导致其余有容量的一个电芯 无法去释放出自己的容量 主要产生这样子的一个不一致 一个就是电芯的一个本身容量会存在不一致性 第二个是电池在循环的过程中 它的一个荷电状态会存在不一致性 第三个是电芯的一个内阻 也是刚刚可能会提到的 一个电芯会存在一个不一致的一个老化 它的内阻会不一样 导致它的这个电压和在充电和放电过程中 比其它电芯要高或者低 另外一个就是在使用的过程中 整个模组的体积非常大 它的受热是不均匀的 如果在一个电池组过程中 部分的电池处于高温的充放电的情况下 另外的电池可能处在一个 相对较低的一个温度下进行工作的话 这两个位置的电芯它的这个老化会加速 下面对电池安全的一个小节进行设计 对于一个电池来说 它的电芯的本身的特性也是非常重要的 第二个就是在设计我们这个电池的考虑的 需要考虑它的一些工业设计上的一些约束条件 另外一个对于我们的一次保护 是实现产品安全的一个主要手段 用二次保护作为一个冗余或者是最后手段去做 整个设备的安全 最后就是对于这个电池在认证方面 需要去考虑它是否需要进行一个设计 谢谢大家