熱失控檢測的閾值條件

引言：接昨天的文章，5 分鐘時接到報警以后火焰進入車輛乘客艙，所以這里的核心問題就變成了，你要盡早判定單體熱失控的情況予以警報。由于這個標(biāo)準(zhǔn)更多的是方向性的指引，很重要的一條是看效果，在實施這個標(biāo)準(zhǔn)以后，車輛識別到單體熱失控然后發(fā)送警報，此時如果 T-box 車聯(lián)網(wǎng)也向系統(tǒng)報警，那數(shù)據(jù)鏈上就有了一個完整的標(biāo)志，等到事故調(diào)查和復(fù)盤的時候好處理，這個是整個設(shè)計指引非常重要的一點。

01 熱失控過程中的閾值

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由于各種實驗入手都是針對一個單體電芯，單體電池發(fā)生熱失控時伴隨有電池電壓的變化、電池及環(huán)境溫度的變化、電池包內(nèi)氣壓的變化及氣體成分的變化。在標(biāo)準(zhǔn)里面的定義，如下圖所示，是確定電壓變化 1/4，監(jiān)測點溫度升高到 Tmax 和溫升速率閾值 如前面所說，對于整個系統(tǒng)來說，通常電池管理系統(tǒng)感知的信息包括，電芯電壓、電流、采樣點溫度和 BMS 板子溫度，還有我們可以加入氣體傳感器，一般來說我們可以把這些異常的的信號分為溫度、電壓、氣壓（或氣體成分）三個大類。

1） 電芯溫度的特點 我們在布局電芯溫度傳感器的時候，布置點是有限的，通常而言單個電芯的溫度在熱失控發(fā)生前會有一個持續(xù)的較快速率的上升過程，而且往往會分兩段 第一段：從常溫上升到 T1（通常這段比較平滑） 第二段：溫度急劇上升，這個時候我們常用的 NTC 溫度傳感器已經(jīng)沒辦法快速感知，這個溫度可能是 400 多甚至更高。

圖 1 溫度上升的過程（這個規(guī)律性是存在的，就是值不太好卡）

2） 單體電池電壓信號 電池的電壓在熱失控發(fā)生之前基本維持在平臺電壓保持不變，熱失控發(fā)生后，電芯的電壓電壓會有一個下降的過程。由于電芯這個時候會對檢測的采樣線直接灼燒和破壞，所以很快這段就變成無效值，電壓的特點是很快就沒信號了?

圖 2 電壓的跌落過程還有個震蕩?

3） 電池包內(nèi)氣壓信號在熱失控過程中的分析 現(xiàn)在比較多的做法，是使用電池包內(nèi)放置的氣壓傳感器進行檢測，正常大氣壓為 101KPa，當(dāng)單體電池發(fā)生熱失控之后釋放大量氣體之后，整包內(nèi)感知的氣壓會上升，一般會到 120KPa 以上，觸發(fā)電池包的泄壓閥以后，氣壓會恢復(fù)。當(dāng)后續(xù)第二個發(fā)生單體熱失控之后，氣壓會再次上升。

在東軟睿馳設(shè)計的檢測方法，就是采用這幾個參量進行熱失控檢測的報警，這牽涉到?

一級：離熱失控很近的 CSC 電池信息采集單元，檢測單體電芯的電壓，模組電壓，電池溫度?

二級：離熱失控有點距離的，BMU 電池管理單元，對電池?zé)崾Э氐膱缶瘲l件判斷，同時進行環(huán)境溫度的監(jiān)控及喚醒，氣壓的檢測?

整車的其他功能部件如 VCU，接受熱失控報警信號并傳遞給儀表報警，傳遞給 T-BOX 發(fā)數(shù)據(jù)等。

02 報警條件怎么處理?

這里的最大的問題，就是不能誤報也不能漏報，而且還要在充電、停置和行駛?cè)N不同的狀態(tài)下進行判定。在新做的規(guī)范里面，睿馳的朋友是這么做的：第一步：抓住熱失控之前溫度感知的信號，做一個預(yù)警記錄 判定溫度條件包括：

1）Tmax 溫度值大于或等于閾值（推薦溫度值 60℃）并且持續(xù)一定時間（推薦時間 3 秒）

2）溫度最大值與最小值的差大于一定值（推薦溫度值 20℃）并且持續(xù)一定時間（推薦時間 3 秒）?

3）最高溫度值在一定時間內(nèi)（推薦時間 5 秒）的溫升大于或等于一定值（推薦 2℃）?

這里的閾值處理在 BMU 里面是可以做的，但是由于采樣的間隔問題數(shù)據(jù)點比較多，所以就需要開一個時間窗來記錄這些異常的條件，實際操作起來可能并不一定效果好。

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然后就是這個條件組合表，實際實驗做出來五花八門的，想要篩選出哪種條件更容易需要在大量不一致的結(jié)果里面找重復(fù)性。這里的核心瓶頸是溫度傳感器的布置和失效，電壓的采集和跌落速度和采樣線纜的可用時間，比較靠譜的還是其它特性。這個診斷的工作，比較適合的后續(xù)在能處理大量數(shù)據(jù)的計算平臺上，根據(jù)幾項條件獨立設(shè)置一個入口然后對這些特征進行比對。如下圖所示，氣壓的變化在圓柱電芯里面不太適用，產(chǎn)氣量有點小，兩個差異性比較大。

圖 3 圓柱和方殼 Venting 后壓力傳感器的感知差異

小結(jié)：現(xiàn)階段這個任務(wù)，大部分都是在 BMS 里面進行的，只能說在找到幾項條件以后進行及早的早報，對實驗和后續(xù)事故處理都有好處。