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动力锂电池管理系统的研究进展
Addtime:2021-04-13

纯电动汽车的电压要求一般在100V以上,为了达到这个工作电压,必须把几十个乃至上百个单体电池串并在一起,比如万向电动汽车,使用了84只锂离子电池单体串联。电动自行车一般要求电压在48V左右,所以用于电动自行车的锂离子电池组一般由12~13个单体电池组成。


成都极空科技有限公司


能源危机和环境保护等因素影响,纯电动汽车做为一种新兴的交通工具,由于其能源利用率高、无排放、噪声小以及能量来源多样化等优点成为汽车工业一个重要的研究领域。传统的电动汽车存在续航里程有限、蓄电池使用寿命太短以及蓄电池尺寸和质量的制约等缺点,而锂离子电池具有高能量密度、高工作电压、无记忆效应、循环寿命长、无污染、质量轻、自放电小等特点,可以很好地解决以上问题,所以基于锂离子电池的电动汽车受到越来越多人们的关注,锂离子电池已经成为纯电动汽车的候选能源之一。

      纯电动汽车的电压要求一般在100V以上,为了达到这个工作电压,必须把几十个乃至上百个单体电池串并在一起,比如文献[5]所报道的万向电动汽车,使用了84只锂离子电池单体串联。电动自行车一般要求电压在48V左右,所以用于电动自行车的锂离子电池组一般由12~13个单体电池组成。

  由于锂离子电池的生产工艺限制,锂离子电池单体之间存在容量、电压、内阻等等的不一致,即使在同一批电池中也会存在差异。另外,即使是电池组在出厂的时候一致性比较好,在以后的使用过程中,这种不一致会随着电池组的循环次数的增加而增加。

       由于锂离子电池的生产工艺限制,锂离子电池单体之间存在容量、电压、内阻等等的不一致,即使在同一批电池中也会存在差异。另外,即使是电池组在出厂的时候一致性比较好,在以后的使用过程中,这种不一致会随着电池组的循环次数的增加而增加。

      锂离子电池组中,单体不一致会造成电池组无法发挥最大容量,而且会极大地缩短电池组的使用寿命。另外,由于锂离子电池的特殊性,在使用中如果发生过充、过放及过流等,会对电池造成不可逆的损坏,甚至造成安全事故。所以,在锂离子电池组用于电动汽车之前,首先要解决的问题之一就是对电池组的管理。

动力锂离子电池管理系统研究现状

早期,锂离子电池管理系统一般只具有监测电池电压、温度、电流以及保护等简单功能,随着锂电池越来越多地应用于大功率设备,如电动汽车,对电池管理系统的要求越来越高,锂离子电池管理系统的功能也越来越强。一般认为,锂离子电池组管理系统应具有以下几个功能:电池组外部参数的检测、电池状况判断和剩余电量的估计、电池组的充放电控制、电池电量均衡、提供与外部设备通信的功能。目前电池外部参数的检测技术己趋于成熟,现在锂离子电池管理系统研究的重点是电池剩余电量估计和电池组的均衡。

01
电池外部参数的检测

电池外部参数的检测主要包括电池组中单体电池电压、工作电流和电池温度的检测。通过这些参数可以判断电池的工作状态。

02
电流和温度的检测

电池组的工作电流和温度也是电池组一个重要的参数,可以通过电流判断其是否出现过放和过流,还可以通过计算电流与时间的积分,估计电池的SOC等。而检测电池组的温度主要为了防止电池组温度过高,防止发生安全事故,检测温度一般是在电池组中加入多个温度传感器,检测电池组中各个点的温度。由于动力锂离子电池组的电流往往比较大,电流的检测一般采用霍尔电流传感器

03
电池组的均衡

电池组中各个单体电池之间存在电压、内阻和容量等的差异,而且电池组经多次循环之后这差异会更加明显。造成这种差异主要原因有:

(1)锂离子电池制作工艺限制,即使同一批次的电池也会出现不一致;

(2)电池组中单体电池的自放电率不一致;

(3)电池组使用过程中,温度、放电效率、保护电路对电池组的影响。

通过工艺的方法,降低电池间的差异,消除这种差异,也可以在遴选电池的时候选择一致性比较好的电池,把一致性好的电池配组在一起,使组合后的电池组平均放电容量达到单体电池最小平均放电容量值。除了这两种方法还可以使用均衡电路使电池组的电池保护一致。电池组的均衡一般是以电压均衡为目标,辅之以电量的均衡。

动力锂离子电池管理系统发展趋势
01
高度集成化

随着锂离子电池越来越多地应用于功率设备,对串联的电池数量要求越来越高,串联电池数量的增加会增加电池管理系统的复杂度,提高管理系统的集成度可以降低电路的体积、功耗、成本等。目前有很多芯片厂商也推出了一些锂离子管理芯片,比如比亚迪微电子的BM309/310,可以对四串锂离子电池进行管理,也可以级联对数量更多的电池组进行管理。还有凹凸科技OZ890,可以提供对13串电池的管理,也可以级联。这些芯片都大大降低了锂离子电池管理系统的复杂度。

02
均衡方式的变化

均衡方式向非耗能式均衡变化,减少均衡时间,提高均衡效率,采取更加智能的均衡策略,使均衡更加精确。

03
模块化设计

采用分布式模块化设计,可以级联,方便扩展,方便构成大型的锂离子电池组

04
跟应用系统更协调

在大功率的应用场合,与系统其他设备紧密结合(如充电设备、电机控制设备)相互协调

05
能量利用率提升

低功耗,减少管理系统的能量消耗,提高电池组的能量利用率

06
SOC测算更精准

电池组过充过放保护应考虑内阻的因素,而不仅仅考虑单体电池端电压,使保护更加精确,充分发挥电池的容量

锂离子电池由于其相对于其他电池的诸多优势,已经成为电动汽车的能量来源候选之一。但是由于锂离子本身的特性,需对其进行安全管理。本文介绍了锂离子电池管理系统中电池外部参数检测、SOC估计和电池组的均衡现状,并介绍了其发展趋势,也对动力锂离子电池管理系统发展方向做出了展望


极空BMS电池管理系统,可自动适时测控锂电池的状态,具备过流、过充、过放、过温保护功能,如果锂电池存在问题,则会自动禁止电池充放电。如果大家遇到锂电池充不进电的情况,千万不要通过将BMS保护板短路的方式,来继续给电池强行充电。而应该去专门的门店或维修处,找到无法充电的原因,再对症下药解决问题。

   

◆以超级电容为媒介实时主动式能量转移均衡(专利号:ZL 2019 2 0479589.6)

◆单体电压范围1V~5V,均衡精度±5mV

◆可实现2-10A持续均衡电流,保证电池一致性,提高电池续航里程,延缓电池衰老。

◆手机蓝牙通讯,配备手机APP,实时查看电芯状态,支持安卓和IOS操作系统。

◆支持均衡级联,以适用于24串以上电池组。

◆适用于磷酸铁锂、三元锂、钛酸锂等电池种类。

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