純電動汽車的電壓要求一般在100V以上,為了達到這個工作電壓,必須把幾十個乃至上百個單體電池串并在一起,比如萬向電動汽車,使用了84只鋰離子電池單體串聯(lián)。電動自行車一般要求電壓在48V左右,所以用于電動自行車的鋰離子電池組一般由12~13個單體電池組成。
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受
能源危機和環(huán)境保護等因素影響,純電動汽車做為一種新興的交通工具,由于其能源利用率高、無排放、噪聲小以及能量來源多樣化等優(yōu)點成為汽車工業(yè)一個重要的研究領域。傳統(tǒng)的電動汽車存在續(xù)航里程有限、蓄電池使用壽命太短以及蓄電池尺寸和質量的制約等缺點,而鋰離子電池具有高能量密度、高工作電壓、無記憶效應、循環(huán)壽命長、無污染、質量輕、自放電小等特點,可以很好地解決以上問題,所以基于鋰離子電池的電動汽車受到越來越多人們的關注,鋰離子電池已經(jīng)成為純電動汽車的候選能源之一。
純電動汽車的電壓要求一般在100V以上,為了達到這個工作電壓,必須把幾十個乃至上百個單體電池串并在一起,比如文獻[5]所報道的萬向電動汽車,使用了84只鋰離子電池單體串聯(lián)。電動自行車一般要求電壓在48V左右,所以用于電動自行車的鋰離子電池組一般由12~13個單體電池組成。
由于鋰離子電池的生產(chǎn)工藝限制,鋰離子電池單體之間存在容量、電壓、內阻等等的不一致,即使在同一批電池中也會存在差異。另外,即使是電池組在出廠的時候一致性比較好,在以后的使用過程中,這種不一致會隨著電池組的循環(huán)次數(shù)的增加而增加。
由于鋰離子電池的生產(chǎn)工藝限制,鋰離子電池單體之間存在容量、電壓、內阻等等的不一致,即使在同一批電池中也會存在差異。另外,即使是電池組在出廠的時候一致性比較好,在以后的使用過程中,這種不一致會隨著電池組的循環(huán)次數(shù)的增加而增加。
鋰離子電池組中,單體不一致會造成電池組無法發(fā)揮最大容量,而且會極大地縮短電池組的使用壽命。另外,由于鋰離子電池的特殊性,在使用中如果發(fā)生過充、過放及過流等,會對電池造成不可逆的損壞,甚至造成安全事故。所以,在鋰離子電池組用于電動汽車之前,首先要解決的問題之一就是對電池組的管理。
早期,鋰離子電池管理系統(tǒng)一般只具有監(jiān)測電池電壓、溫度、電流以及保護等簡單功能,隨著鋰電池越來越多地應用于大功率設備,如電動汽車,對電池管理系統(tǒng)的要求越來越高,鋰離子電池管理系統(tǒng)的功能也越來越強。一般認為,鋰離子電池組管理系統(tǒng)應具有以下幾個功能:電池組外部參數(shù)的檢測、電池狀況判斷和剩余電量的估計、電池組的充放電控制、電池電量均衡、提供與外部設備通信的功能。目前電池外部參數(shù)的檢測技術己趨于成熟,現(xiàn)在鋰離子電池管理系統(tǒng)研究的重點是電池剩余電量估計和電池組的均衡。
電池外部參數(shù)的檢測主要包括電池組中單體電池電壓、工作電流和電池溫度的檢測。通過這些參數(shù)可以判斷電池的工作狀態(tài)。
電池組的工作電流和溫度也是電池組一個重要的參數(shù),可以通過電流判斷其是否出現(xiàn)過放和過流,還可以通過計算電流與時間的積分,估計電池的SOC等。而檢測電池組的溫度主要為了防止電池組溫度過高,防止發(fā)生安全事故,檢測溫度一般是在電池組中加入多個溫度傳感器,檢測電池組中各個點的溫度。由于動力鋰離子電池組的電流往往比較大,電流的檢測一般采用霍爾電流傳感器
電池組中各個單體電池之間存在電壓、內阻和容量等的差異,而且電池組經(jīng)多次循環(huán)之后這差異會更加明顯。造成這種差異主要原因有:
(1)鋰離子電池制作工藝限制,即使同一批次的電池也會出現(xiàn)不一致;
(2)電池組中單體電池的自放電率不一致;
(3)電池組使用過程中,溫度、放電效率、保護電路對電池組的影響。
通過工藝的方法,降低電池間的差異,消除這種差異,也可以在遴選電池的時候選擇一致性比較好的電池,把一致性好的電池配組在一起,使組合后的電池組平均放電容量達到單體電池最小平均放電容量值。除了這兩種方法還可以使用均衡電路使電池組的電池保護一致。電池組的均衡一般是以電壓均衡為目標,輔之以電量的均衡。
隨著鋰離子電池越來越多地應用于功率設備,對串聯(lián)的電池數(shù)量要求越來越高,串聯(lián)電池數(shù)量的增加會增加電池管理系統(tǒng)的復雜度,提高管理系統(tǒng)的集成度可以降低電路的體積、功耗、成本等。目前有很多芯片廠商也推出了一些鋰離子管理芯片,比如比亞迪微電子的BM309/310,可以對四串鋰離子電池進行管理,也可以級聯(lián)對數(shù)量更多的電池組進行管理。還有凹凸科技OZ890,可以提供對13串電池的管理,也可以級聯(lián)。這些芯片都大大降低了鋰離子電池管理系統(tǒng)的復雜度。
均衡方式向非耗能式均衡變化,減少均衡時間,提高均衡效率,采取更加智能的均衡策略,使均衡更加精確。
采用分布式模塊化設計,可以級聯(lián),方便擴展,方便構成大型的鋰離子電池組
在大功率的應用場合,與系統(tǒng)其他設備緊密結合(如充電設備、電機控制設備)相互協(xié)調
低功耗,減少管理系統(tǒng)的能量消耗,提高電池組的能量利用率
電池組過充過放保護應考慮內阻的因素,而不僅僅考慮單體電池端電壓,使保護更加精確,充分發(fā)揮電池的容量
鋰離子電池由于其相對于其他電池的諸多優(yōu)勢,已經(jīng)成為電動汽車的能量來源候選之一。但是由于鋰離子本身的特性,需對其進行安全管理。本文介紹了鋰離子電池管理系統(tǒng)中電池外部參數(shù)檢測、SOC估計和電池組的均衡現(xiàn)狀,并介紹了其發(fā)展趨勢,也對動力鋰離子電池管理系統(tǒng)發(fā)展方向做出了展望
極空BMS電池管理系統(tǒng),可自動適時測控鋰電池的狀態(tài),具備過流、過充、過放、過溫保護功能,如果鋰電池存在問題,則會自動禁止電池充放電。如果大家遇到鋰電池充不進電的情況,千萬不要通過將BMS保護板短路的方式,來繼續(xù)給電池強行充電。而應該去專門的門店或維修處,找到無法充電的原因,再對癥下藥解決問題。
◆以超級電容為媒介實時主動式能量轉移均衡(專利號:ZL 2019 2 0479589.6)
◆單體電壓范圍1V~5V,均衡精度±5mV
◆可實現(xiàn)2-10A持續(xù)均衡電流,保證電池一致性,提高電池續(xù)航里程,延緩電池衰老。
◆手機藍牙通訊,配備手機APP,實時查看電芯狀態(tài),支持安卓和IOS操作系統(tǒng)。
◆支持均衡級聯(lián),以適用于24串以上電池組。
◆適用于磷酸鐵鋰、三元鋰、鈦酸鋰等電池種類。