鉅大LARGE | 點擊量：723次 | 2019年05月23日
電芯過充的功能安全設計
盡管Tesla/蔚來汽車近期的起火事件尚沒有正式發(fā)布調(diào)查結(jié)果，但雙方事后都對充電策略進行了調(diào)整，其中蔚來汽車則臨時將充電量限制到90%，而香港停車場ModelS事前電量充至97%，也有過充的風險。
對于電動汽車來講，起火爆炸是最為嚴重的事件，從事故的嚴重度（Severity）、暴露率（Exposure）和可控性（Controllability）綜合來看，都應該是一個ASILC等級或以上的功能安全目標。在這一點上絕大多數(shù)的主機廠的意見是一致。
電芯的過充會直接導致起火爆炸的事件發(fā)生，根據(jù)ASIL等級的繼承性，這應該也是一個ASILC或以上的安全目標。
由此，可以得出一個功能安全目標，即在過充的情況下電池包不能發(fā)生起火，這需要一個ASILC等級的設計。通常，電池包會有一系列的功能來防止過充后熱失控的發(fā)生，這些相關的功能要滿足ASILC的要求，從功能的角度來看，主要可以分為3大部分：第1是電壓的監(jiān)測；第2是過充的判定，即電壓是否超過了限定值；第3過充確認后執(zhí)行保護措施，如斷開高壓。功能框圖如下：
大部分的整車或PACK企業(yè)會把些功能的實現(xiàn)在電池包內(nèi)完成，其中，監(jiān)測主要由傳感器實現(xiàn)，過充判定主要由BMS完成，保護動作執(zhí)行主要由繼電器實現(xiàn)。每一個功能都繼承了過充ASILC的屬性，以下分別來看下每個功能的分析：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電壓監(jiān)測：首先，由電壓傳感器對電壓進行監(jiān)測，這里包括電壓采集的精度、采集的頻率；其次，將監(jiān)測到的電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給BMS。這里需要電芯企業(yè)提供過壓的閥值。為滿足ASILC的要求，傳感器的失效率需要供應商提供，并且要能滿足要求，如失效率過高，就需要選用失效率低的產(chǎn)品，或是冗余一個傳感器；電壓數(shù)據(jù)傳輸路徑CAN能否滿足失效率要求，否則也需要增加一個冗余方案。如果采用了冗余的設計，就涉及到ASIL的分解，比如說一個定為ASILB，另一個定為ASILA。
過充判定：
BMS收到采集來的電壓數(shù)據(jù)，會根據(jù)電芯的過壓的判定條件對是否過壓進行判定。這里可能會涉及到不同的策略，不同的企業(yè)可能也有不同的做法，常見的是將電壓分等級，當電壓超過電壓閥值1時（比如超過4.2V多少時間），BMS發(fā)送該等級的過壓指令，當電壓超過電壓閥值2時（比如超過5V多少時間），BMS發(fā)送該等級的過壓指令，根據(jù)等級的嚴重程度可以都繼承ASILC的屬性，也可以允許個別等級低于ASILC。如果BMS一直沒有收到電壓數(shù)據(jù)，也會做出相應的安全指令。
保護動作執(zhí)行：
根據(jù)BMS對過電壓等級的判定，以及發(fā)送的指令，繼電器或其他部件進行熱行。通常，較低過電壓會發(fā)送報警信息給到整車，并通過聲音或可視信號告知車主，較高過電壓的會執(zhí)行關斷高壓的指令。同樣地，如果沒有接收到BMS發(fā)來信號即BMS與執(zhí)行功能之間的通訊失效，繼電器也應該關斷高壓。
整個過充功能安全設計的思路如下：
以上任何一個功能環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將無法防護過充造成進一步的危害?；氐轿祦淼倪@次事故，假定是由于過充導致的起火，則可能的情況：
（1）發(fā)生過充，但是沒有監(jiān)測到，在采集環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題，沒有采集到，或是采集的精度發(fā)生變化，采集不準確；
（2）準確采集到了電壓但在過充判定時，計算出現(xiàn)了問題，SOC本身往往就具有比較大的誤差；
（3）BMS發(fā)出過充指令，繼電器發(fā)生故障，如粘連，無法斷開高壓。
在長時間發(fā)生過充的情況下，電芯正負極，隔膜等溫度持續(xù)升高，最終導致單個電芯開始冒煙，起火，進而引起相鄰電芯發(fā)生熱失控。
