影響單體鋰離子電池SOH的副反應(yīng)。對于理想的鋰離子電池,在充放電過程中只考慮鋰離子在正負(fù)極之間的嵌入和脫出,可以認(rèn)為不存在鋰離子的不可逆消耗,容量沒有衰減。但實(shí)際上,鋰離子電池在循環(huán)使用過程中,每時(shí)每刻都有副反應(yīng)存在,伴隨著活性物質(zhì)不可逆消耗等,并逐漸累積,影響電池的SOH。通常造成活性物質(zhì)不可逆消耗的主要因素有:正極材料的溶解;正極材料的相變化;電解液的分解;過充電;界面膜的形成;集流體的腐燭。影響動(dòng)力電池組SOH的因素當(dāng)單體動(dòng)力電池壽命一定時(shí),動(dòng)力電池的連接方式、電池組內(nèi)單體電池的數(shù)量及其不一致程度都是影響動(dòng)力電池組壽命的因素。電池組在實(shí)際使用過程中,優(yōu)先采用先并后串的成組方式,不僅可以提高電池組的性能可靠性,還能保證電池組的使用壽命。 BMS在鋰電池組中主要起什么作用?磷酸鐵鋰BMS系統(tǒng)
電池管理系統(tǒng)(BMS)保護(hù)板作為動(dòng)力電池的智能管控中樞,通過多維度協(xié)同實(shí)現(xiàn)全生命周期安全防護(hù)與性能優(yōu)化。其依托分布式高精度傳感器網(wǎng)絡(luò)毫秒級(jí)監(jiān)測電池組的電壓場、電流通量及溫度梯度,構(gòu)建三維參數(shù)矩陣以精細(xì)量化荷電狀態(tài)(SOC)與應(yīng)用狀態(tài)(SOH);采用分級(jí)電壓閾值管理機(jī)制,在充電電壓觸及,放電電壓低于,嚴(yán)格限定能量邊界。系統(tǒng)集成NTC/PTC復(fù)合溫控體系,通過熱場模擬算法動(dòng)態(tài)調(diào)控充放電策略,當(dāng)溫度超出-20℃~60℃可調(diào)閾值時(shí)脈沖充電或熔斷保護(hù),并配置霍爾傳感電流微分模塊實(shí)現(xiàn)<10μs級(jí)短路偵測與50ms內(nèi)多級(jí)故障隔離。針對多串電池組,創(chuàng)新采用雙向DC/DC主動(dòng)均衡拓?fù)渑c卡爾曼濾波算法,維持單體電壓差≤30mV,通過5A級(jí)均衡電流提升循環(huán)壽命≥30%。同時(shí)兼容ISO26262ASIL-C功能安全標(biāo)準(zhǔn),集成CAN/RS485雙模通訊與云端管理接口,形成覆蓋實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷、遠(yuǎn)程升級(jí)的數(shù)字化電池生態(tài)閉環(huán)。 電動(dòng)三輪車BMS品牌監(jiān)控電池狀態(tài)(電壓/溫度/SOC/SOH),均衡電芯,防止過充/過放/過熱,延長電池壽命。
在均衡策略方面,有基于電壓的均衡策略,該策略以電池單體的電壓作為均衡判斷依據(jù),當(dāng)電池組中單體電池電壓差異超過設(shè)定閾值時(shí),啟動(dòng)均衡電路進(jìn)行均衡,實(shí)現(xiàn)相對簡便,但未直接考量電池的SOC情況,可能出現(xiàn)電壓均衡而SOC不均衡的現(xiàn)象。基于SOC的均衡策略,則通過精確估算電池單體的SOC,依據(jù)SOC差異實(shí)施均衡。此策略能更精確反映電池實(shí)際荷電狀態(tài),實(shí)現(xiàn)真正的電量均衡,然而SOC估算的準(zhǔn)確性會(huì)對均衡效果產(chǎn)生影響,需要更為復(fù)雜的算法與硬件支持。還有混合均衡策略,它綜合結(jié)合電壓和SOC兩種參數(shù)進(jìn)行均衡判斷,多方位考慮了電池的電壓和實(shí)際荷電狀態(tài),能更完善地實(shí)現(xiàn)電池組的均衡管理,提升均衡的準(zhǔn)確性與速度,只是算法較為復(fù)雜,對BMS的計(jì)算能力和硬件性能要求頗高。
目前該技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種電動(dòng)車、儲(chǔ)能、充換電柜、電動(dòng)工具、特種車輛、船舶等領(lǐng)域。2020年,我司榮獲廣東省專精特新企業(yè),榮獲工信部“專精特新‘小巨人’企業(yè)”稱號(hào)。所謂專精特新企業(yè),是指具有“精細(xì)化、特色化、新穎化”特征的企業(yè)。智慧動(dòng)鋰電子擁有博士、研究生等不同層次的優(yōu)秀人才80多人,并和高校合作在產(chǎn)學(xué)研方面進(jìn)行深度融合,比如中科院深圳技術(shù)研究院等,目前已擁有各項(xiàng)35項(xiàng)及較多軟件著作權(quán)。下一步智慧動(dòng)鋰電子將繼續(xù)和高校、科研機(jī)構(gòu)等加強(qiáng)合作,成立省級(jí)工程技術(shù)中心,校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深入融合,圍繞安全發(fā)展形成聚合效應(yīng),進(jìn)一步突破關(guān)鍵技術(shù)。BMS技術(shù)向無線化、AI驅(qū)動(dòng)和平臺(tái)集成方向發(fā)展。無線BMS減少了傳統(tǒng)布線,減少了90%線束和15%電池包體積,提升了續(xù)航和維修性。AI算法基于機(jī)器學(xué)習(xí)優(yōu)化SOC/SOH預(yù)測,減少了故障。800V平臺(tái)支持充電和熱管理。云端BMS通過云端分析實(shí)時(shí)優(yōu)化電池性能。例如,路特斯與AnalogDevices合作,采用無線BMS(ADBMS6815芯片),實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì),電池包重量降低10%,續(xù)航提升5%。高精度SOC/SOH估算、電芯均衡管理、熱管理策略、故障診斷與容錯(cuò)控制。
鋰電池BMS保護(hù)板的過充保護(hù):場效應(yīng)管Q1、Q2可等效為兩只開關(guān),當(dāng)Q1或Q2的G極電壓大于1V時(shí),開關(guān)管導(dǎo)通。導(dǎo)通開關(guān)管的D、S間內(nèi)阻很小(數(shù)十毫歐姆),相當(dāng)于開關(guān)閉合;當(dāng)G極電壓小于,開關(guān)管截止,截止的開關(guān)管的D、S極間的內(nèi)阻很大(幾兆歐姆),相當(dāng)于開關(guān)斷開。電池包充電時(shí),當(dāng)鋰動(dòng)力電池包通過充電器正常充電時(shí),隨著充電時(shí)間的增加,電芯兩端的電壓將逐漸升高,當(dāng)電芯電壓升高到(通常稱為過充保護(hù)電壓)時(shí),操控IC將判斷電芯已處于過充電狀態(tài),操控IC將使Q2截止,此時(shí)電芯的B一極與保護(hù)電路的P-端之間處于斷開狀態(tài)并保持,即電芯的充電回路被切斷,停止充電。深圳智慧動(dòng)鋰電子股份有限公司是從事鋰電池保護(hù)管理系統(tǒng)(BMS)的技術(shù)開發(fā)及鋰電池集成電路通路商的國家高新技術(shù)企業(yè)。 在手機(jī)、筆記本中監(jiān)測單節(jié)電池狀態(tài),防止過熱/過放,提升充電安全性與續(xù)航穩(wěn)定性。動(dòng)力電池BMS方案開發(fā)
在選型BMS時(shí)需注意什么?磷酸鐵鋰BMS系統(tǒng)
BMS仍面臨多重技術(shù)挑戰(zhàn)。低溫環(huán)境下鋰電池內(nèi)阻激增導(dǎo)致性能驟降,比亞迪的脈沖加熱技術(shù)通過高頻電流激勵(lì)電池內(nèi)部產(chǎn)熱,可在-30℃低溫中復(fù)原放電能力;內(nèi)短路、析鋰等隱性故障的早期檢測依賴高成本實(shí)驗(yàn)手段,制約大規(guī)模應(yīng)用。未來創(chuàng)新將圍繞無線BMS(如通用汽車Ultium平臺(tái)取消傳統(tǒng)線束)、車網(wǎng)互動(dòng)(V2G)能源協(xié)同及固態(tài)電池適配展開,后者因低內(nèi)阻特性需開發(fā)新型均衡算法與管理方案。選型時(shí)需綜合考慮電池化學(xué)體系(如磷酸鐵鋰需更寬電壓檢測范圍)、環(huán)境適應(yīng)性(高濕度場景選用灌膠防護(hù))及維護(hù)策略(定期SOC校準(zhǔn)避免電量虛標(biāo)),從而比較大化BMS效能。作為連接電化學(xué)體系與終端應(yīng)用的橋梁,BMS的智能化與高可靠化正推動(dòng)新能源變化邁向新階段。從動(dòng)力電池組到智慧能源網(wǎng)絡(luò),其價(jià)值已超越單一“保護(hù)”功能,成為實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的中心技術(shù)引擎,持續(xù)帶領(lǐng)能源存儲(chǔ)與利用方式的深度變革。磷酸鐵鋰BMS系統(tǒng)