BMS常见失效模式与分析----单体电压检测模块

BMS常见失效模式还是挺多的，我们分模块讨论，这次我们抛砖引玉，先从单体电压检测模块说起。目前电池单体电压检测功能大部分是采用ADI的LTC68XX系列AFE芯片实现。

电池组铝排连接松动

当串联连接电池组的铝排或铜排不牢固、松动时（如下图示），此时AFE电压采样的结果会怎样呢？

图1

我们先假设在放电阶段，其放电电流方向如上图标识。连接不牢固时，两个接触端点之间会有一个接触电阻。当电池组放电时，电流经过该接触电阻便会产生一个电压降（设该电压降为U1）。放电时，U1与电池电压是相反方向的。Bat3被AFE芯片采集的电压实际是电池电压U3与U1的代数和的叠加（这里应用叠加定理）。由于U3与U1方向相反，所以AFE采集的电压 = U3 - U1，即放电时电压采集偏小，充电时电压采集偏高。

当然，这里还需要指出的是，如果接触电阻比较大，且放电电流也很大时，导致U1 > U3，U1-U3 > 0.7V, 很可能会导致AFE端的稳压二极管因正向导通过流烧损，那么此时该节电压监控值可能是0V了。而且，接触电阻部位也会因过大电流而发热，有可能会引起电池的热失控。

下面，我们来看看仿真结果，AFE监控电压为2.687V，小于电池电压：

图2

当接触电阻R3更大时，AFE监控的电压为-11.238V，稳压二极管会正向导通，仿真结果：

图3

电压检测模块检测端口稳压二极管漏电流偏大

每一节电压采样端口一般都会有一个稳压二极管，在AFE芯片内部或者外部（如下图4，AFE芯片内部）。通常，稳压二极管反向漏电流极小（微安级），但如果二极管失效，比如在高温时反向漏电流IR急剧增大，电压监控又会怎样呢？

图4

下图5，标出了稳压二极管存在较大漏电流时，电流的回流方向。但是我们需要考虑一个实际问题，即电压采样线本身也是有线阻的（线阻与长度成正比），所以我们把线阻的因素考虑进去，同时也画出相邻两节采样电路，变成图6模型。

图5

图6

我们假设，线阻是300mΩ，线阻产生的压降分别为U1和U2,电池电压UB3=4.2V，当二极管漏电流达到50mA时，则采样线产生的压降U1 = U2 =0.3 * 0.05 = 15mV. 根据KVL定律，可以计算:

AFE 采集的电压UD1, = UB3 – U1 - U2 = 4.17V

而相邻两节电池UB2和UB4的电压采样值也会改变，根据KVL定律计算，他们比对应电池电压要分别高15Mv, 即：

UD2 = UB2 + U1 = 4.215V

UD4 = UB4 + U2 = 4.215V

所以，电压采样端口的稳压二极管漏电会导致AFE监控电压产生高低高的现象（低的那节是二极管漏电流大的）

同样，废话不多说，贴上仿真结果：

图7

总结

今天暂时先列出两个较为常见的失效模式。电池组的铝排连接松动，将导致AFE监控电压偏低甚至引起电池组的热失控；采样端口稳压二极管漏电流偏大将导致AFE监控电压显示高低高。以上仅供参考，欢迎志同道合的同志一起交流。

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