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案例分析:一种集成式BMS采集板的故障分析

2022/06/15
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阅读需 5 分钟
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这次是分享一个关于AFE故障排查的案例。

先看一下这样一种模组,如下图所示,这种模组的特点是将BMS的采样板集成在模组内部,电芯的采样连接依靠铝巴与单板螺钉固定。

还有这种通过镍片与电芯连接的,如下图所示:镍片焊接在单板与电芯铝巴上面。

还有这种传统线束连接的,如下图所示:线束与单板通过连接器相连,而线束与电芯采样焊接的方式,焊接到铝巴上面。

当然,还有一种形式,如下图所示:通过铝丝焊接将单板与电芯相连,就是常说的键合的方式。

上面所有这些模组的共同特点是将采样板集成到了模组内部,对外只有通信线,这样一方面降低了外部的空间需求,另外也减少了电压采样线。

上面四个例子中,目前比较常见的是焊接镍片与焊接铝丝的形式,例如目前比亚迪刀片电池也是采样镍片焊接的方案。

因为镍片或铝丝都是一次性焊接的、不可拆卸,所以在维修时就比较麻烦,最主要的一点就是采样板会一直带电,当进行故障定位时,尤其是动烙铁拆卸器件时,就只能先把铝丝或镍片先剪断,否则一不小心就会打火。

这次分享这样一个案例,以12s的键合模组为例,类似于如下图:整个采样板采集了12个单体电压还有2个温度。

故障的产品表现为采样板对外没有通信,模组外观正常,采样板上面有部分均衡电阻采样电阻烧蚀发黑的情况;在未拆卸采样板前,使用万用表逐个测量每个电芯电压,除了第二节外,基本都为4V左右,而第二节却为-44V左右,同时万用表测量整个模组的总电压却只有0.3V,看到这里,是不是感觉很奇怪。

后面找到的根本原因就是因为第二节电芯断开了,可能是电芯内部有问题,外部模组上看不出来,具体不展开;整个等效电路如下图所示,注意此时采集板是一直连接的,不能省略上面的相关电阻;所以此时的失效模式就像之前分享过的跨模组采样了(参考链接《影响AFE采样精度的因素---电阻》),会进一步导致采样电阻损坏。

 

然后看一下电芯与模组的电压的表现情况,以4节电芯举例,正常时如下图:总电压为16V,每一节电芯电压都为4V。

 

当故障发生后,除了第二节电芯断开,采样板上面的采样电阻也损坏呈断路情况,假如下图中的R1R2R3都断开了,此时模组的总电压就变成了0V左右,而第二节电芯电压为-12V,此时表现的趋势与故障现象类似了。

 

这个仿真只是让大家感受一下趋势,与实际故障件还是有不同的,因为损坏的电阻位置不可预测,只能具体分析,例如下图中模拟的是R1R2R4断开,此时第二节的测量出来的电压就是-8V了,但总电压却变成了4V;所以我想表达的逻辑是类似的故障分析要与损坏的采样板结合起来,尤其是这种不容易拆卸的集成采样板,换成其他的线束板,可能早就定位原因了。

 

总结:

我想做一个事情,就是为了接触更多厂家的BMS产品,如果大家手中有硬件损坏、需要维修的BMS,可以试着让我看一下,简单的硬件故障还是可以修好的哈哈,当然完全是免费的。以上所有,仅供参考。

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公众号“新能源BMS”主笔,从事新能源汽车电池系统设计工作,具体为BMS硬件设计工作将近10年,在几个大的主机厂都工作过;希望通过文字,把一些设计经验和总结分享给大家,共同成长。