Saat Terjadi Salah:Mitigasi Kegagalan Sistem Manajemen Baterai
Apa yang dimaksud dengan pelarian termal dalam sistem baterai Li-ion? Dan bagaimana sistem manajemen baterai membantu mengurangi kegagalan untuk meningkatkan keselamatan? Pelajari lebih lanjut di artikel teknis ini.
Baterai berbasis li-ion cenderung dianggap aman jika berada di lingkungan yang terkontrol dengan baik. Kita harus mengatakan "kebanyakan aman," karena sistem manajemen baterai (BMS) dan proses pembuatan sel Li-ion tidak selalu sempurna. Namun, jika kita tidak dapat melawan fisika teknologi Li-ion, kita dapat mengupayakan desain BMS yang lebih baik.
Pada artikel ini, kita akan membangun bagian sebelumnya yang membahas pengenalan sistem manajemen baterai dan apa blok bangunan standarnya.
Di sini, kami akan membahas apa yang bisa terjadi jika terjadi kegagalan dan bagaimana mengurangi efek tersebut. Kami juga akan melihat sekilas kemungkinan komponen BMS di masa mendatang dengan mempertimbangkan peningkatan konstan teknologi baterai.
Pelarian Panas dalam Sistem Manajemen Baterai
Salah satu mode kegagalan sistem tenaga yang terkenal adalah pelarian termal, yang sering dikaitkan dengan bahaya kebakaran. Dalam kasus kerusakan BMS, pelarian termal dapat terjadi karena kegagalan perangkat keras atau bug firmware.
Misalnya, perintah berhenti yang terlupakan di penyeimbang dapat terus mengeluarkan sel secara berlebihan tanpa batas waktu. Dalam kejadian seperti itu, bahkan mendeteksi masalah dan meniup sekring tidak akan menghentikan pelepasan sel. Hal ini dapat menyebabkan dekomposisi dan perforasi pemisah antara anoda dan katoda di dalam sel karena pengosongan berlebih, menyebabkan korsleting internal yang kuat setelah upaya pengisian baru.
Gambar 1. Pembentukan celana pendek tembaga internal karena over-discharge. Gambar digunakan atas izin Xuning Feng
Anda mungkin bertanya-tanya bagaimana cara pendek seperti itu bisa menghindari deteksi. Kontak awal dapat memiliki ketahanan yang cukup untuk menjaga voltase baterai tetap tinggi tetapi dengan arus pelepasan sendiri yang sangat tinggi, sehingga tidak dapat dideteksi oleh sensor arus eksternal atau monitor voltase.
Sebuah sirkuit pendek menyebabkan sel hangat. Jika mencapai suhu kritis di atas 60°C, ia akan meledak dan terbakar, memanaskan sel-sel tetangganya dan memicu reaksi berantai. Ini adalah pelarian termal, yang memiliki potensi konsekuensi bencana.
Gambar 2. Paket baterai berenergi tinggi yang terbakar dari Chevrolet Volt 2011. Gambar dari Laporan Ikhtisar Insiden Baterai Chevrolet Volt
Mitigasi Kegagalan
Salah satu solusi untuk bug yang tidak terduga dapat menjadi pengawas eksternal jika terjadi kesalahan fatal MCU, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram blok BMS tipikal dengan implementasi pengawas MCU
Jika MCU tidak macet tetapi perintah dilupakan, monitor sel dapat menerapkan sistem pengawas, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Diagram blok BMS dengan implementasi pengawas lengkap
Atau, jika latch-up karena masalah EMC atau radiasi terjadi, itu dapat dipadamkan dengan merancang pengawas sedemikian rupa sehingga dapat mengeluarkan siklus daya daripada hanya reset logika. Arsitektur ini kurang umum.
Solusi Tambahan untuk Mengurangi Kegagalan BMS
Dengan meningkatnya kepadatan energi dan permintaan daya, semakin mudah untuk meminta terlalu banyak dari sel baterai. Oleh karena itu, pengukur bahan bakar yang lebih tepat harus diterapkan di mana impedansi sel merupakan bagian penting.
Metode mudah untuk mengukur impedansi secara langsung pada saat run-time akan sangat berguna. Panasonic mengklaim telah mencapai metode seperti itu dengan menggunakan teknik stimulasi AC lokal baru untuk memantau impedansi elektrokimia sel. Ada metode lain, tetapi memerlukan referensi dan kalibrasi tegangan tanpa beban.
Peningkatan lain dapat mengandalkan teknologi FRAM, yang biasanya digunakan sebagai RAM sistem oleh MCU. FRAM menyimpan data setelah siklus daya saat menyangga sampel penghitung Coulomb, yang berarti bahwa kecil kemungkinan firmware kehilangan data valid terakhir jika reset tiba-tiba.
Namun, pada akhirnya, yang membuat perbedaan nyata adalah kimia sel:ada lebih banyak pilihan selain Li-ion di luar sana.
Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang sistem baterai, tinggalkan komentar di bawah untuk menyampaikan pemikiran dan pertanyaan Anda.
