通过监控锂离子电池组来检测电池热击穿事件单片机解密
单片机解密在当今的能源领域,锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命等优势,广泛应用于电动汽车、储能系统等多个关键领域。然而,由多个锂离子电池构成的电池组存在热击穿的风险,这犹如一颗隐藏的 “定时炸弹”,给相关应用带来了严重的安全威胁。
以电动汽车为例,想象一下,在行驶过程中,电池组中的一个电池单元因制造缺陷或受到外部冲击而发生故障。此时,该电池单元内部会迅速产生热量,温度急剧上升。由于电池组中多个电池单元紧密相连,这个故障电池单元产生的热量会传递给相邻的电池单元,引发它们也相继出现问题。随着更多电池单元卷入这种不良反应,大量的热量和气体被释放出来,最终可能导致整个电池组发生热击穿。一旦热击穿发生,车辆可能会突然起火,甚至爆炸,严重危及驾乘人员的生命安全以及周围环境的安全。在储能系统中,热击穿同样可能引发大规模的火灾,造成巨大的财产损失。
热击穿的发生并非偶然,其背后有着复杂的原理。当电池内部出现短路等异常情况时,电流会急剧增大,产生大量的焦耳热。同时,电池内部的化学反应也会因温度升高而加速,进一步释放热量。这些热量如果不能及时散发出去,就会形成一个恶性循环:温度越高,反应越剧烈,产生的热量就越多,最终导致电池热击穿。
面对如此严峻的问题,检测热击穿情况显得至关重要。为此,众多科研人员和企业积极投入研发,开发出了一系列有效的检测技术。
单片机解密霍尼韦尔传感与生产力解决方案公司推出的 BAS 系列汽车级电池气溶胶传感器,便是其中的佼佼者。该传感器巧妙地利用光散射原理来检测锂离子电池组的热击穿事件。其工作过程如下:当传感器开启后,会向一股空气发射光线,若空气中存在诸如烟雾、液体和碎屑等气溶胶(这些正是热击穿事件发生的早期指标),气溶胶中的颗粒会散射光线,随后光传感器会测量散射的光线,并产生一个与颗粒密度成比例的电信号。BAS 系列传感器能够精准测量浓度在 200μg/m³ 到 10000μg/m³ 范围内的气溶胶,并及时发出报告。它还设有工厂设定的热击穿报警阈值,具体为 5000μg/m³,且响应时间小于 1 秒,这意味着一旦气溶胶浓度达到危险值,传感器能在极短的时间内发出警报。在通信方面,连续工作模式下的控制、数据传输和报警通过控制器区域网络(CAN)通信协议进行,该协议在车辆环境中已广泛应用,确保了数据传输的稳定性和可靠性。根据电池管理系统(BMS)设置的 “请求” 输入线路的状态,BAS 传感器有两种工作模式。在 ECO 模式下,当 “请求” 线路保持低电平(低于 0.5V)时,传感器会进入经济模式,它会被唤醒并工作 200ms,然后在接下来的 12000ms 内进入休眠状态以节省电力,通过禁用 CAN 总线还能进一步降低功耗。一旦发生阈值事件,即颗粒物浓度超过 5000mg/m³,传感器会立即向 BMS 发送一个唤醒信号,启动全电池系统检查。而在连续工作模式下,当 BMS 将 “请求” 线路设置为高电平(8V 至 16V 之间)时,传感器会不断监测气溶胶浓度,并使用 CAN 总线的 8 字节信息向 BMS 报告。这两款传感器的标称工作电压为 12V,范围在 8V 到 16V 之间,在 ECO 模式下电流小于 0.5mA,在连续模式下电流小于 30mA,具有低功耗的优势。在安装方面,只要在中空的检测腔两侧有 10cm 的间隙,就能以任何方向将传感器安装在封闭的电池组内,但要特别注意不能阻塞电池组的排气阀。通过使用该传感器,能够实现对锂离子电池组热击穿的早期检测,极大地降低了安全风险,同时也有助于符合国际建议和法规,因为其设计符合最高的质量和可靠性标准。