리튬 이온 배터리 팩 모니터링을 통한 배터리 열 폭주 상황 감지

여러 개의 리튬 이온 배터리로 구성된 배터리 팩은 열 폭주로 인해 심각한 결과를 초래할 가능성이 있으므로 전기 차량(EV) 및 전력 저장 응용 제품의 안전에 잠재적 위협이 됩니다. 물론 사용자는 대부분 이 사실을 잘 알지 못하지만, 설계자는 직렬 및 병렬로 연결된 수백 개의 개별 리튬 이온 배터리 셀을 사용하면 한 개의 셀에서 생긴 고장으로 인해 온도가 급격히 상승하고 가스와 고체 미립자가 배출되기 시작할 수 있다는 사실을 잘 알고 있습니다.

이 장애 모드는 다른 배터리 셀로 확대될 수 있습니다. 이러한 추가 반응은 전체 배터리 시스템에 영향을 미치고, 더 많은 열과 가스를 발생시켜 열 폭주가 일어나게 됩니다.

이를 방지하기 위한 대응 장치가 마련되어 있지만, 열 폭주 상태가 발생할 경우 이를 감지하는 것이 매우 중요합니다. 이를 위해 Honeywell Sensing and Productivity Solutions는 빛의 산란 원리를 사용하여 리튬 이온 배터리 팩의 열폭주 발생을 감지하고 보고하는 자동차 등급의 배터리 에어로졸 센서인 BAS 계열을 개발했습니다. 광학적 산란을 사용하여 연기, 액체, 파편과 같은 에어로졸의 존재와 농도를 감지하는데, 이는 열 폭주 상황 발생의 초기 지표가 됩니다.

광학적 산란 과정에는 많은 양의 공기를 비추는 과정이 포함됩니다. 조명을 받은 공기 덩어리 내부의 입자는 빛을 산란시키며, 이는 광센서에 의해 측정되어 입자의 밀도에 비례하는 전기 신호를 생성합니다.

BAS 계열은 200μg/m³ ~10000μg/m³범위의 에어로졸 농도를 측정하고 보고합니다. 초기 프로그래밍된 열 폭주 경고 임계값은 5000μg/m³이며 응답 시간은 1초 미만입니다. 연속 작동 모드에서 제어, 데이터 전송 및 경보는 자동차 및 차량 환경에서 널리 사용되는 계측 제어기 통신망(CAN) 통신 프로토콜을 통해 이루어집니다. CAN 인터페이스는 초당 500kbps의 보드 속도로 작동합니다.

센서의 예

Honeywell Sensing and Productivity Solutions는 BAS6C-X00 및 BAS6C-H00의 두 가지 BAS 계열 센서를 제공합니다(그림 1). 이 두 장치는 물리적으로 2.6인치(66mm) 길이, 1.42인치(36mm) 깊이, 1.46인치(37mm) 높이로 동일한 규격을 지닙니다.

그림 1: Honeywell Sensing and Productivity Solutions는 물리적으로 동일한 두 가지 배터리 에어로졸 센서(BASC6X-X00 및 BAS6C-H00)를 제공합니다. BAS6C-X00은 미디어 제어 유닛 1(MCU1) 버전이고, BAS6C-H00은 최신 미디어 제어 유닛 2(MCU2) 버전입니다. (이미지 출처: Honeywell Sensing and Productivity)

BAS6C-X00은 미디어 제어 유닛 1(MCU1) 버전이고, BAS6C-H00은 최신 미디어 제어 유닛 2(MCU2) 버전입니다.

BAS 센서는 배터리 관리 시스템(BMS)에서 설정한 요청 입력 라인의 상태에 따라 두 가지 작동 모드 중 하나로 작동합니다. 요청 라인이 0.5V 미만으로 낮게 유지되는 ECO 모드는 절전 모드이며 전력 소모를 최소화합니다. 센서가 깨어나 200ms 동안 작동한 후, 다음 12,000ms 동안 절전 모드로 전환되어 전력을 절약합니다. CAN 버스를 비활성화하면 추가적인 전력 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 미립자 협착 임계값, 즉 5,000mg/m³을 초과하는 상황이 발생하면, 센서가 BMS에 절전 해제 신호를 보내 배터리 시스템의 전체 점검을 시작합니다.

연속 모드에서 BMS가 요청 라인을 8V ~ 16V 사이로 높게 설정하면, 센서는 CAN 버스를 통해 8바이트 메시지를 사용하여 에어로졸 농도를 지속적으로 모니터링하고 BMS에 보고합니다.

두 버전 모두 8V ~ 16V 범위의 공칭 12V 공급 전압에서 작동합니다. 공급 전류는 작동 모드에 따라 다릅니다. ECO 모드에서는 0.5mA 미만이고 연속 모드에서는 30mA 미만입니다.

내부가 비어 있는 감지 챔버의 양쪽으로 10cm의 공간거리가 있는 한, 센서는 동봉된 배터리 팩 내에서 어떤 방향으로든 장착될 수 있습니다(그림 2).

그림 2: BAS 센서는 배터리 팩 내 어느 곳에나 장착될 수 있습니다 이 모든 경우에서 배터리 팩 환기 밸브가 막혀 있지 않아야 합니다. (이미지 출처: Honeywell Sensing and Productivity)

인터페이스 커넥터는 그림 3과 같이 지정된 핀아웃을 가진 6개의 핀을 가진 직사각형 소켓입니다(그림 3).

그림 3: BAS 계열 센서의 핀아웃에는 전원, 접지, 요청 및 절전 해제 신호, 차동 CAN 버스 신호가 포함됩니다. (이미지 출처: Honeywell Sensing and Productivity)

BAS 계열 배터리 에어로졸 센서용 결합 플러그 커넥터는 TE Connectivity AMP 커넥터의 175507-2입니다.

결론

Honeywell Sensing and Productivity Solutions의 BAS(배터리 에어로졸 센서)를 사용하여 리튬 이온 배터리 팩의 열 폭주를 조기에 감지하면 부상, 인명 손실 및 재산 피해를 예방할 수 있습니다. 이는 또한 최고의 품질과 신뢰성 표준을 충족하도록 설계되었기 때문에 국제 권장 사항 및 규정을 준수할 수 있습니다.

추가 리소스

• BAS 계열 배터리 안전 센서