鋰電池過(guò)充過(guò)放的本質(zhì):充電時(shí),鋰離子從正極板脫嵌,通過(guò)電解液嵌入到負(fù)極板上;放電時(shí),鋰離子從負(fù)極板上脫嵌,并經(jīng)由電解液嵌入到正極板上;鋰離子電池的充放電過(guò)程是鋰離子在極板上的嵌入和脫嵌過(guò)程。充電時(shí),隨著鋰離子的脫嵌,正極材料體積會(huì)發(fā)生一定量的收縮;放電時(shí),隨著鋰離子的嵌入,正極材料體積會(huì)發(fā)生一定量的膨脹。過(guò)充時(shí),正極晶格會(huì)產(chǎn)生崩塌,鋰離子在負(fù)極會(huì)形成鋰枝晶從而刺破隔膜,造成電池的損壞。過(guò)放時(shí),正極材料活性變差,阻止鋰離子的嵌入,電池容量急劇下降。如果發(fā)生正極材料體積過(guò)度膨脹,也會(huì)破壞電池的物理結(jié)構(gòu),造成電池的損壞。BMS通過(guò)精細(xì)的監(jiān)測(cè)、保護(hù)和優(yōu)化,讓電池在安全的前提下發(fā)揮比較大效能,是連接電池與應(yīng)用場(chǎng)景的“智能中樞”。當(dāng)溫度異常升高(如超過(guò) 60℃),立即切斷充放電回路,防止熱失控。電摩BMS作用
BMS可根據(jù)電池狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整充放電策略,在快充時(shí)操控電流速率以保護(hù)電池,在車輛行駛中優(yōu)化能量分配,提升續(xù)航里程,還能與整車系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),在發(fā)生碰撞、短路等緊急情況時(shí)迅速切斷電源,降低危險(xiǎn)系數(shù)。在儲(chǔ)能系統(tǒng)中,無(wú)論是家庭儲(chǔ)能電站還是大型工商業(yè)儲(chǔ)能項(xiàng)目,BMS都承擔(dān)著關(guān)鍵角色,它能協(xié)調(diào)多組電池的充放電節(jié)奏,平衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷,當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí),BMS可迅速切換至備用供電模式,確保供電連續(xù)性,同時(shí)通過(guò)長(zhǎng)期數(shù)據(jù)記錄分析電池狀態(tài),為維護(hù)保養(yǎng)提供依據(jù)。在消費(fèi)電子領(lǐng)域,智能手機(jī)、筆記本電腦等設(shè)備的BMS雖體積小巧,但功能精細(xì),能動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)充電電流,在電池接近滿電時(shí)自動(dòng)降低電流,減少電池?fù)p耗,同時(shí)監(jiān)測(cè)電池循環(huán)次數(shù),提醒用戶及時(shí)更換老化電池。此外,在電動(dòng)船舶、無(wú)人機(jī)、便攜式醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域,BMS也發(fā)揮著重要作用,例如無(wú)人機(jī)的BMS可根據(jù)飛行姿態(tài)和電量消耗實(shí)時(shí)調(diào)整動(dòng)力輸出,確保飛行穩(wěn)定;醫(yī)療設(shè)備中的BMS則需滿足更高的可靠性要求,通過(guò)冗余設(shè)計(jì)防止電池突發(fā)故障影響設(shè)備運(yùn)行,可見(jiàn)BMS已成為現(xiàn)代電池應(yīng)用中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。 廣東資質(zhì)BMS設(shè)備顯示電池故障代碼,或溫度、電壓數(shù)據(jù)異常波動(dòng)。
電池管理系統(tǒng)(BMS)的均衡技術(shù)主要分為被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡兩大類,用于解決電池組內(nèi)單體性能差異問(wèn)題。被動(dòng)均衡屬于能量耗散型,當(dāng)檢測(cè)到某單體電壓過(guò)高時(shí),通過(guò)導(dǎo)通開(kāi)關(guān)管讓并聯(lián)電阻消耗其多余電量,直至與其他單體電壓一致。其優(yōu)勢(shì)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高,適合消費(fèi)電子、低速電動(dòng)車等中小容量電池組,但能量以熱能浪費(fèi),效率低且均衡速度慢,適用于小電流場(chǎng)景。主動(dòng)均衡則是能量轉(zhuǎn)移型,通過(guò)不同介質(zhì)實(shí)現(xiàn)電量調(diào)配,具體包括電容式、電感式、變壓器式和 DC/DC 變換器式等。電容式利用電容在高低壓?jiǎn)误w間切換傳遞能量,響應(yīng)快但單次轉(zhuǎn)移量少;電感式通過(guò)電感充放電轉(zhuǎn)移能量,效率 70%-80%,但體積較大且有電磁干擾;變壓器式借助多繞組變壓器實(shí)現(xiàn)多單體同時(shí)均衡,效率 80%-90%,不過(guò)設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本高;DC/DC 變換器式通過(guò)雙向通道將高電壓?jiǎn)误w能量轉(zhuǎn)移到總線再分配,效率超 90%,適合電動(dòng)汽車等場(chǎng)景,但電路算法復(fù)雜??傮w而言,被動(dòng)均衡因低成本適用于簡(jiǎn)單場(chǎng)景,而主動(dòng)均衡尤其是結(jié)合智能策略的方案,正逐步成為主流,能動(dòng)態(tài)調(diào)整均衡強(qiáng)度,提升電池組壽命,廣泛應(yīng)用于大容量、高要求的設(shè)備中。
不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)BMS的需求差異較大。在消費(fèi)電子領(lǐng)域(如智能手機(jī)),BMS高度集成化,芯片面積只幾平方毫米,側(cè)重基礎(chǔ)保護(hù)與充放電操作;而在新能源汽車中,BMS需管理數(shù)百節(jié)電芯,支持ISO26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)(ASIL-C/D等級(jí)),并與整車作用器(VCU)、電機(jī)作用器(MCU)實(shí)時(shí)通信,實(shí)現(xiàn)能量回收(制動(dòng)時(shí)回收功率可達(dá)100kW)與動(dòng)態(tài)功率限制(如低溫下限制放電電流防止析鋰)。儲(chǔ)能電站的BMS則面臨更大規(guī)模挑戰(zhàn):一個(gè)20英尺集裝箱式儲(chǔ)能系統(tǒng)可能包含上千節(jié)電芯,BMS需采用分層架構(gòu)——從控單元(Slave)管理單簇電池,主控單元(Master)協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng),同時(shí)支持Modbus/TCP或CAN總線與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)交互。技術(shù)難點(diǎn)集中在電芯一致性維護(hù)(容量差異需操作在1%以內(nèi))與循環(huán)壽命優(yōu)化(目標(biāo)25年運(yùn)營(yíng)周期)。此外,熱失控防護(hù)是BMS設(shè)計(jì)的非常終挑戰(zhàn):當(dāng)某節(jié)電芯發(fā)生內(nèi)短路時(shí),BMS需在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)切斷故障區(qū)域,并觸發(fā)滅火裝置,同時(shí)通過(guò)多層隔熱材料阻斷熱擴(kuò)散鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。 BMS鋰電池保護(hù)板對(duì)電池包的能量進(jìn)行管理,一般分為被動(dòng)管理和主動(dòng)管理兩種類型。
從市場(chǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看,BMS市場(chǎng)前景十分廣闊。受益于電動(dòng)汽車、消費(fèi)電子等行業(yè)的蓬勃發(fā)展,BMS市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張。盡管2020年受全球衛(wèi)生事件影響,全球BMS市場(chǎng)規(guī)模增速有所下滑,但隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,以及對(duì)電池效率要求日益提高,BMS市場(chǎng)重拾增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。據(jù)BusinessWire估算及前瞻產(chǎn)業(yè)研究院分析,2021年全球BMS市場(chǎng)規(guī)模達(dá)億美元,預(yù)計(jì)到2026年將攀升至131億美元,年復(fù)合增長(zhǎng)率(CAGR)達(dá)15%。其中,電動(dòng)汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展極大推動(dòng)了BMS的進(jìn)步,2020年動(dòng)力電池應(yīng)用在全球BMS下游應(yīng)用占比中高達(dá)54%。2021年全球汽車電池管理系統(tǒng)BMS市場(chǎng)規(guī)模達(dá)億美元,較上一年大幅增長(zhǎng),2022年更是增長(zhǎng)至46億美元,預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到50億美元。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng),2020年BMS市場(chǎng)需求規(guī)模為97億元,2021年汽車BMS市場(chǎng)規(guī)模達(dá)億元,同比增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)未來(lái),隨著國(guó)內(nèi)乃至全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)的進(jìn)一步拓展。 BMS鋰電池保護(hù)板涉及4種芯片,即電池充電、電池電量計(jì)、電池監(jiān)視芯片、電池保護(hù)芯片。廣東太陽(yáng)能板BMS
需管理上百顆電芯串聯(lián),支持高壓快充,通過(guò) ISO 26262 功能安全認(rèn)證,實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)峁芾怼k娔MS作用
BMS管理哪些東西?與BMS相關(guān)的幾大塊,電壓、電流、溫度、均衡,信息等,BMS保護(hù)板通過(guò)采集電壓、電流、溫度等信息,評(píng)估BMS當(dāng)前狀態(tài)。BMS首先對(duì)電池包進(jìn)行信息采集,包括電壓,電流,溫度三個(gè)維度的信息提取。其次,BMS對(duì)電池包的SOX算法進(jìn)行估算。然后BMS會(huì)對(duì)電池包進(jìn)行安全診斷,包括過(guò)流,過(guò)壓,欠壓,高溫,低溫,斷路的保護(hù)。再次是對(duì)電池包的能量進(jìn)行管理,一般分為被動(dòng)管理和主動(dòng)管理兩種類型。還會(huì)對(duì)電池包進(jìn)行信息的管理,包含數(shù)據(jù)的整車交互以及日志的存儲(chǔ)。BMS是動(dòng)力鋰電池組的中心操作單元,它能實(shí)時(shí)采集單體電池的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù),通過(guò)均衡算法調(diào)節(jié)各電芯的充放電狀態(tài),避免因電芯不一致性導(dǎo)致的容量衰減或安全。 電摩BMS作用