電池組的「過流」
〔車主當機車或高階車使用或短路〕
是指流經電池的電流超過了其設計的最大安全限值,這是一個非常危險的狀況,會觸發BMS的保護機制,嚴重時會直接導致硬件損壞。
造成電池組過流的原因可以分為兩大類:
**外部原因(與電池連接的設備和使用方式)
**內部原因(電池組自身的問題)。
以下是詳細的原因分析:
一、外部原因(來自負載端)
這是最常見的過流原因,通常與用電設備和使用不當有關。
1. 負載功率過大(最常見)
· 機理:
驅動的電機或設備功率超過了電池組的額定輸出功率。根據公式 功率(P) = 電壓(V) x 電流(I),功率越大,所需的電流就越大。
· 舉例: 在電動車上,私自更換了更大功率的控制器或電機,或者車輛載重過大、爬陡坡時,電機需要極大的扭矩,從而索取超大電流,導致過流。
2. 直接短路(最危險)
· 機理:
電池輸出的正極和負極直接接觸,中間幾乎沒有電阻。根據歐姆定律 電流(I) = 電壓(V) / 電阻(R),電阻R極小,會產生瞬間的巨大電流(數百安培甚至更高)。
· 舉例: 輸出端口進水導致短路;車輛控制器內部的MOS管擊穿短路;改裝或維修時操作失誤,用導線或工具同時碰觸正負極。
3. 設備故障導致內阻降低
· 機理: 與其連接的設備(如電動車的控制器、逆變器)內部出現元件故障(如電容擊穿、MOS管擊穿),但其未完全短路,只是等效內阻變得非常小,從而在工作時會從電池抽取過大的電流。
4. 啟動衝擊電流(Inrush Current)
· 機理: 許多電機、變壓器或容性負載在啟動的瞬間,會產生一個遠高於額定工作電流的短時衝擊電流。如果BMS的過流保護響應不夠快,或者衝擊電流值超過了保護閾值,就會觸發過流保護。
二、內部原因(電池組自身問題)
1. 電池內阻升高
· 機理: 電芯隨著老化、循環次數增加、或處於低溫環境,其內部電阻會顯著增大。當輸出相同功率時,根據 功率(P) = 電流(I)² x 電阻(R),內阻R增大會導致電池內部產生更多熱量,這會加劇老化並可能引發熱失控。雖然這不直接導致輸出電流過大,但會讓電池在正常輸出電流下就內部過熱,BMS可能會判斷為異常而觸發保護。
2. BMS故障或設計缺陷
· 電流採樣電路故障: BMS上用於檢測電流的分流電阻(Shunt Resistor)或相關運算放大器电路出現偏差,導致測量值遠高於實際電流,從而誤報過流保護。
· 保護閾值設定錯誤: BMS的軟體或硬件中,過流保護(OCP)和短路保護(SCP)的電流值或響應時間設定得過於敏感,在正常使用電流下就觸發了保護。
· MOSFET擊穿短路: 控制放電迴路的MOSFET如果被擊穿,會導致電池直接對外放電,形成巨大的內部短路電流,這是非常嚴重的硬件故障。
3. 內部絕緣失效或短路
· 機理: 電池組內部因震動、擠壓、異物刺入等原因,導致電芯與電芯之間、電池模組與外殼之間發生絕緣破壞,引發內部短路,產生巨大電流。
總結與後果
原因類型 具體原因 後果
外部原因 負載功率過大 觸發BMS過流保護,斷電
直接短路 極危險!可能導致保險絲熔斷、MOSFET燒毀、線路起火
設備故障 觸發BMS保護或導致設備進一步損壞
啟動衝擊電流 可能導致設備反复重啟或觸發保護
內部原因 電芯內阻升高 電池發熱嚴重,容量衰減,可能觸發過溫保護
BMS故障 誤報警、頻繁斷電,或失去保護功能
內部短路 極危險!可能導致熱失控、起火、爆炸
如何預防?
1. 使用匹配的充電器和設備,不要私自改裝加大功率。
2. 避免粗暴使用,如重載起步、長時間爬陡坡。
3. 定期檢查車輛線路和接插件,防止老化、破皮導致短路。
4. 使用高品質的電池產品,其BMS保護策略和硬件用料更可靠。
5. 避免電池的物理損傷、浸泡和過度震動。
一旦電池因過流進入保護狀態,應送交專業人員檢修,查明根本原因,而不是簡單復位後繼續使用,以免造成更大的安全隱患。