BMS常見失效模式與分析----單體電壓檢測模塊

BMS常見失效模式還是挺多的，我們分模塊討論，這次我們拋磚引玉，先從單體電壓檢測模塊說起。目前電池單體電壓檢測功能大部分是采用ADI的LTC68XX系列AFE芯片實現。

電池組鋁排連接松動

當串聯連接電池組的鋁排或銅排不牢固、松動時（如下圖示），此時AFE電壓采樣的結果會怎樣呢？

圖1

我們先假設在放電階段，其放電電流方向如上圖標識。連接不牢固時，兩個接觸端點之間會有一個接觸電阻。當電池組放電時，電流經過該接觸電阻便會產生一個電壓降（設該電壓降為U1）。放電時，U1與電池電壓是相反方向的。Bat3被AFE芯片采集的電壓實際是電池電壓U3與U1的代數和的疊加（這里應用疊加定理）。由于U3與U1方向相反，所以AFE采集的電壓 = U3 - U1，即放電時電壓采集偏小，充電時電壓采集偏高。

當然，這里還需要指出的是，如果接觸電阻比較大，且放電電流也很大時，導致U1 > U3，U1-U3 > 0.7V, 很可能會導致AFE端的穩壓二極管因正向導通過流燒損，那么此時該節電壓監控值可能是0V了。而且，接觸電阻部位也會因過大電流而發熱，有可能會引起電池的熱失控。

下面，我們來看看仿真結果，AFE監控電壓為2.687V，小于電池電壓：

圖2

當接觸電阻R3更大時，AFE監控的電壓為-11.238V，穩壓二極管會正向導通，仿真結果：

圖3

電壓檢測模塊檢測端口穩壓二極管漏電流偏大

每一節電壓采樣端口一般都會有一個穩壓二極管，在AFE芯片內部或者外部（如下圖4，AFE芯片內部）。通常，穩壓二極管反向漏電流極小（微安級），但如果二極管失效，比如在高溫時反向漏電流IR急劇增大，電壓監控又會怎樣呢？

圖4

下圖5，標出了穩壓二極管存在較大漏電流時，電流的回流方向。但是我們需要考慮一個實際問題，即電壓采樣線本身也是有線阻的（線阻與長度成正比），所以我們把線阻的因素考慮進去，同時也畫出相鄰兩節采樣電路，變成圖6模型。

圖5

圖6

我們假設，線阻是300mΩ，線阻產生的壓降分別為U1和U2,電池電壓UB3=4.2V，當二極管漏電流達到50mA時，則采樣線產生的壓降U1 = U2 =0.3 * 0.05 = 15mV. 根據KVL定律，可以計算:

AFE 采集的電壓UD1, = UB3 – U1 - U2 = 4.17V

而相鄰兩節電池UB2和UB4的電壓采樣值也會改變，根據KVL定律計算，他們比對應電池電壓要分別高15Mv, 即：

UD2 = UB2 + U1 = 4.215V

UD4 = UB4 + U2 = 4.215V

所以，電壓采樣端口的穩壓二極管漏電會導致AFE監控電壓產生高低高的現象（低的那節是二極管漏電流大的）

同樣，廢話不多說，貼上仿真結果：

圖7

總結

今天暫時先列出兩個較為常見的失效模式。電池組的鋁排連接松動，將導致AFE監控電壓偏低甚至引起電池組的熱失控；采樣端口穩壓二極管漏電流偏大將導致AFE監控電壓顯示高低高。以上僅供參考，歡迎志同道合的同志一起交流。

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