電池熱失控的檢測和監控

電池熱失控的檢測和監控

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這是個很現實的問題，如果未來電動車輛多了，出了各種事故（碰撞、泡水），該如何進行有效的監控和檢測？我個人的想法，是通過一個專用的電路塊，大概有這麼一個構思雛形：

1）具備多路的電源輸入，可以在12V電池工作和電池不工作的時候進入外部掛入12V的配置可能性

備註：這點類似48V電池的耗盡強制充電的功能設計考慮

2）工作電流足夠小，能夠維持一個較為合適工作間隔，通過低功率低閾值的危險預警和高功率靈敏閾值的感知器件

3）可以形成一個低功耗的ASIC，然後模塊化接入到BMS裡面成為它的一部分

Deutsche ACCUMOTIVE的一篇《Fast Thermal Runaway Detection for Lithium-Ion Cells in Large Scale Traction Batteries》的內容還是有很多有意思的內容，我覺得摘錄下來可以是我們接下來做感知器件測試的方向。

這裡選用了一組感測器

感測器S1，復用模組內的單體電壓採集信號

感測器S2是採用了由二氧化錫（SnO2）做成的氣體感測器，它對甲烷（CH4），丙烷（C3H8）或一氧化碳（CO）這些在熱失控過程中電池所排出的氣體。

感測器S3是一種煙霧探測器，這是根據紅外LED的原件，原理是通過光電煙霧探測器，考慮電芯在熱失控過程中產生的煙霧和其他氣體會引起感測器的閾值變化。

感測器S4這裡比較巧妙了，想法使用一個PCB上面設計兩個焊盤，根據表面清潔度來評估這個裡面的環境變化。輸出的特點是根據阻抗的變化來考慮的。

感測器S5：採用較高精度的K型（NiCr-Ni）熱電偶測量空氣和排氣系統的溫度。

感測器S6：測量絕對壓力在20kPa≤psens≤304kPa範圍內的壓力感測器，這個原理是幾乎所有的企業都檢測到單體熱失控過程中可以造成電池系統內壓力的提升

感測器S7：薄膜壓阻式力感測器，範圍為0 N≤Fsens≤445 N，在模組內配置，用於測量熱失控中的電芯和相鄰電芯之間的膨脹力。

配置實驗的過程：測試條件是採用了1P和2P的電芯，100%SOC和60°的環境溫度，我後面在ind4更新以下不同SOC和不同類型的配置，對於整個熱失控電芯的不同測試數據的匯總。這裡是根據實際的模組配置來測試比較合理

測試構建：

實驗的數據結果：

樣品1

樣品2

樣品3

測試效果，這裡羅列了三個基本的項目

A）檢測速度：檢測到熱失控有多快

B）信號清晰度：感測器信號的清晰度，考慮在實際環境中有信噪比的問題

C）感測器實用可行性：如何容易將感測器部署在電池系統中

這是評估結果：

從反應速度來看：氣體感測器（S2）、壓力感測器（S6）和模組壓力（S7）反應最快

從信號清晰度來看：電壓（S1）、氣體感測器（S2）都是可以的；傳S3和S5都是比較差異化大的方案

集成來看：S1、S4和S6是比較可行的

備註：昨天寫的有關於JRC的文章情況是類似的，電壓的較長時間尺度內的跌落是比較靠譜的信號，而整包的壓力感測器這兩個確實成為目前大家工作的方向

小結：之前我花了挺多時間去看氣體感測器的，其實氣體感測器用在這個應用上面還有很大的壽命問題，而且容易受其他類似漏液和膠水揮發之類的氣體所淹沒，現在核心要考慮一套降採樣頻率，來構建一個獨立的MCU核來構建這個系統，需要看能維持多少時間^_^，在這個領域內的感測器優化配置和演算法的開發，是很有文章可做的

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