鋰電池為什么需要BMS電池管理

鋰電池為什么需要BMS電池管理系統(tǒng)?鋰電池處于嚴(yán)重過充電狀態(tài)下還存在爆炸的危險(xiǎn)，造成鋰電池組損壞的同時(shí)還對(duì)使用者的人生安全造成威脅。因此，必須為鋰電池組配備一套具有針對(duì)性的鋰電池管理系統(tǒng)BMS從而對(duì)電池組進(jìn)行有效的監(jiān)控、保護(hù)、能量均衡和故障警報(bào)，進(jìn)而提高整個(gè)鋰電池工作效率和使用壽命。(1)安全性鋰電池存在安全性差，時(shí)有發(fā)生爆炸等缺陷。尤其是鈷酸鋰為正極材料的鋰電池不能大電流放電，安全性較差。此外，幾乎所有種類的鋰電池過度充電或過度放電都會(huì)引起電芯不可逆轉(zhuǎn)的損傷。鋰電池對(duì)溫度也極為敏感：如果在溫度過高的狀況下使用，可能引起電解液分解、燃燒甚至爆炸;溫度過低將導(dǎo)致鋰電池的各項(xiàng)性能明顯惡化，影響設(shè)備的正常使用。由于電池制作工藝的限制，每個(gè)電池單元的內(nèi)阻、容量等均會(huì)存在差異。當(dāng)多個(gè)電池單元串聯(lián)使用時(shí)，會(huì)引起各個(gè)電芯的充放電速率不一致，這導(dǎo)致了電池容量的利用率低下。鑒于此，鋰電池在實(shí)際使用過程中通常需要專門的保護(hù)系統(tǒng)來監(jiān)控電池的健康狀態(tài)，從而管理鋰電池的使用過程。(2)可維護(hù)性鋰電池低溫下容量衰減和電量無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)使得設(shè)備的可維護(hù)性較差。長(zhǎng)期在線的儀表需要定期更換電池，而遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備工作站點(diǎn)分散，各個(gè)站點(diǎn)之間路途遙遠(yuǎn)，因此更換電池工作量巨大，成本高昂。為了減小維護(hù)的工作量，降低維護(hù)成本，需要鋰電池BMS管理系統(tǒng)具有準(zhǔn)確的電荷狀態(tài)估算功能以準(zhǔn)確掌握電池的電荷狀態(tài)，更有目的地進(jìn)行電池更換工作;同時(shí)還需要電池管理系統(tǒng)具有較低的自身功耗，以降低維護(hù)頻率，延長(zhǎng)電池的使用壽命。因此對(duì)長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)供電的遠(yuǎn)程監(jiān)控儀表，合理地設(shè)計(jì)鋰電池BMS管理系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的維護(hù)有著非常重要的意義。BMS鋰電池管理系統(tǒng)的作用電池管理系統(tǒng)(BMS)是一套保護(hù)電池使用安全的控制系統(tǒng),時(shí)刻監(jiān)控電池的使用狀態(tài),通過必要措施調(diào)節(jié)電池的異常使用狀態(tài),為換電柜及車輛的使用安全提供安全保障。BMS鋰電池管理系統(tǒng)的主要目的就是保證電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)性能,從安全性、耐久性、動(dòng)力性三個(gè)方面提供作用。⒈安全性方面,BMS鋰電池管理系統(tǒng)能保護(hù)電池單體免受損壞,防止出現(xiàn)安全事故；⒉耐久性方面,BMS鋰電池管理系統(tǒng)能使電池工作在可靠的安全區(qū)域內(nèi),延長(zhǎng)電池的使用壽命；⒊動(dòng)力性方面,將鋰電池的工作狀態(tài)維持在滿足車輛要求的情況下。按新國(guó)標(biāo)要求,低速電動(dòng)車電池必須從原來的鉛酸電池升級(jí)為鋰電池,換個(gè)BMS鋰電池管理系統(tǒng)正是基于鋰電池特性而定制設(shè)計(jì)的一套安全監(jiān)控系統(tǒng)。鋰電池BMS的核心功能●電芯監(jiān)控技術(shù)1、單體電池電壓采集；2、單體電池溫度采集；3、電池組電流檢測(cè)；溫度的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于鋰電池組工作狀態(tài)也相當(dāng)重要，包括單個(gè)電池的溫度測(cè)量和電池組散熱液體溫度監(jiān)測(cè)。這需要合理設(shè)置好溫度傳感器的位置和使用個(gè)數(shù)，與BMS控制模塊形成良好的配合。●SOC技術(shù)：簡(jiǎn)單來說就是電池還剩下多少電SOC是BMS中最重要的參數(shù)，因?yàn)槠渌磺卸际且許OC為基礎(chǔ)的，所以它的精度和魯棒性（也叫糾錯(cuò)能力）極其重要。如果沒有精確的SOC，再多的保護(hù)功能也無法使BMS正常工作，因?yàn)殡姵貢?huì)經(jīng)常處于被保護(hù)狀態(tài)，更無法延長(zhǎng)鋰電池的壽命?！窬饧夹g(shù)被動(dòng)均衡一般采用電阻放熱的方式將高容量電池“多出的電量”進(jìn)行釋放，從而達(dá)到均衡的目的，電路簡(jiǎn)單可靠，成本較低，但是電池效率也較低。以上就是鋰電池BMS管理系統(tǒng)的介紹。當(dāng)今要求嚴(yán)苛的電力應(yīng)用(如能量存儲(chǔ)、汽車和電動(dòng)車)使用設(shè)計(jì)日益復(fù)雜的鋰離子電池(LIB),必須通過電池管理系統(tǒng)(BMS)來確保最佳效率和安全性。

BMS系統(tǒng)概述電動(dòng)汽車上的三電：電池、電機(jī)、電控技術(shù)是電汽動(dòng)車最核心的技術(shù)。因?yàn)檫@三項(xiàng)技術(shù)與電動(dòng)車的續(xù)航里程、加速性能等息息相關(guān)。就像木桶原理一樣，這三項(xiàng)技術(shù)其中的任何一塊存在短板都會(huì)直接影響車輛的性能表現(xiàn)。三電技術(shù)中電池和電機(jī)對(duì)電動(dòng)車性能的影響比較明顯。比如電機(jī)的功率大小影響車輛的動(dòng)力表現(xiàn)，而純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程則主要取決于動(dòng)力電池的存儲(chǔ)能力。但是同為三電系統(tǒng)中的電控技術(shù)，在電動(dòng)車中的具體技術(shù)應(yīng)用是怎樣的，為什么能與電池和電機(jī)相提并論在三電系統(tǒng)中占有一席之地呢?電控中最核心的功能就是電池管理系統(tǒng)(Batterymanagementsystem)簡(jiǎn)稱BMS。要是沒有這個(gè)系統(tǒng)，動(dòng)力電池的充放電、使用壽命都會(huì)大打折扣，如果把電池看作是一隊(duì)參戰(zhàn)士兵的話，BMS系統(tǒng)就是這群士兵的參謀加將軍，讓電動(dòng)汽車在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到事半功倍的效果。電動(dòng)汽車通過BMS能夠控制和管理電池更加有效率，每一個(gè)電池工作在可運(yùn)行的區(qū)間范圍內(nèi)，避免電池的過充過放和熱失控問題發(fā)生。單個(gè)電芯的容量比較低，需要很多個(gè)電芯集成成模組、一個(gè)電池系統(tǒng)包含多個(gè)模組。通常一個(gè)電池系統(tǒng)中包含上百個(gè)，甚至上千個(gè)電芯。如何保持電芯工作在合適的區(qū)間內(nèi)，BMS發(fā)揮著重要的作用。2013年以來電動(dòng)汽車特別是純電動(dòng)汽車起火事故頻發(fā)，導(dǎo)致消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車產(chǎn)生了安全疑慮。同HEV相比，PHEV和BEV的電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)電池續(xù)航力與安全性的要求更高，必須配套更加成熟可靠的BMS。因此，電池管理系統(tǒng)行業(yè)將隨電動(dòng)汽車市場(chǎng)的擴(kuò)大而受益。二.BMS系統(tǒng)的作用BMS屬于電池包一部分，電池包是新能源汽車核心能量源，為整車提供驅(qū)動(dòng)電能，它主要通過金屬材質(zhì)的殼體包絡(luò)構(gòu)成電池包主體。模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電芯的集成，通過熱管理設(shè)計(jì)與仿真優(yōu)化電池包熱管理性能，電器部件及線束實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)對(duì)電池的安全保護(hù)及連接路徑；通過BMS實(shí)現(xiàn)對(duì)電芯的管理，以及與整車的通訊及信息交換。BMS功能為監(jiān)視電池狀態(tài)，建立電池狀態(tài)、保護(hù)電池、上報(bào)數(shù)據(jù)、均衡等。BMS在整車中主要任務(wù)有：1、保護(hù)電芯和電池包不受到損害；2、使電池工作在合適的電壓和溫度范圍內(nèi)；3、在保持電池在合適的條件運(yùn)行后，滿足整車的需求三.BMS系統(tǒng)工作原理不管車輛使用的是哪種鋰離子電池，動(dòng)力電池都是由一個(gè)個(gè)小的電池單體通過串、并聯(lián)的方式組成電池組，再由電池組最終組成車輛的動(dòng)力電池單元。而在電池組中真正發(fā)揮儲(chǔ)能作用的是電池組中每一個(gè)小小的電池單體，例如特斯拉使用的18650鋰離子電池，其數(shù)字代表的是每一個(gè)電池單體的規(guī)格：直徑為18mm，長(zhǎng)度為65mm。一輛85kW?h版本的TeslaModelS搭載的動(dòng)力電池單元由接近7000節(jié)18650鋰電池構(gòu)成。一輛汽車上有如此多的電池單體，每一個(gè)小的電池單體都是單獨(dú)制造的。并且由于電池的電化學(xué)特性的原因，二次鋰離子電池出廠后的儲(chǔ)能一致性是存在差別的。充電時(shí)又是從一個(gè)充電口來為所有電池充電，如何保證每一個(gè)電池都充滿電，并且又不會(huì)因?yàn)檫^度充電對(duì)電池造成損害呢？這就是BMS系統(tǒng)要解決的問題了。通常情況下，BMS系統(tǒng)都要通過兩部分來確定如何管理電池組，就是檢測(cè)模塊和控制模塊。檢測(cè)模塊的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單一些，主要是通過傳感器收集電池在使用過程中的參數(shù)信息比如：溫度、每一個(gè)電池單體的電壓、電流，電池組的電壓、電流等。這些數(shù)據(jù)在之后的電池組管理中起到至關(guān)重要的作用，可以說如果沒有這些電池狀態(tài)的數(shù)據(jù)作為支撐，電池的系統(tǒng)管理就無從談起。根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，BMS系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)每一個(gè)電池單體的實(shí)際情況來分配如何為電池充電，哪一個(gè)電池單體已經(jīng)充滿可以停止給它充電等。并且在使用過程中，通過狀態(tài)估算的方式確定每一顆電池的狀態(tài)，通過SOC(StateOfCharge)、SOP(StateOfPower)、SOH(StateofHealth)以及均衡和熱管理等方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的合理利用。這個(gè)過程說起來簡(jiǎn)單，但這些才是BMS系統(tǒng)的精華所在，也是各個(gè)BMS廠家最希望攻克的技術(shù)難關(guān)。目前電池管理系統(tǒng)有主動(dòng)式均衡和被動(dòng)式均衡兩種管理模式。兩種管理模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，所采用的方式普遍為采集單體電池電壓，串聯(lián)電流，以及溫度以及電池組的電壓，然后將這些信號(hào)傳給運(yùn)算模塊進(jìn)行處理發(fā)出指令，最后將整個(gè)處理的信息指令通過CAN通訊系統(tǒng)傳送給汽車中央控制單元或整車VMS系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)主流車用BMS廠家都有被動(dòng)均衡技術(shù)，而且其中絕大部分都有主動(dòng)均衡技術(shù)儲(chǔ)備。在廠家給的配置單上，主動(dòng)均衡是一個(gè)“選配”功能。被動(dòng)均衡的BMS裝機(jī)量較大，占據(jù)新能源汽車市場(chǎng)較高的份額，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主動(dòng)均衡BMS的市場(chǎng)份額。國(guó)內(nèi)的新能源汽車主要是中低端產(chǎn)品，考慮到成本及配置需求方面，被動(dòng)均衡相對(duì)較易接受。隨著新能源汽車產(chǎn)品的向高端發(fā)展，對(duì)BMS的要求也越來越高，主動(dòng)均衡技術(shù)將成為未來的發(fā)展趨勢(shì)。由于汽車電氣化的水平發(fā)展