随着两轮电动车市场扩大,一系列管理问题也逐步凸显:换电需求上升:新国标的实施与碳中和的方针增长了我国电动车共享换电的需求通信基站、铁路等贵重电池的防盗需求也亚待解决。企业运营低效:电池厂商与换电运营商等企业缺少对电池的监控,无法掌握电池应用数据,难以减少故障电池召回、电池防盗、电池起火等运营问题。充电事故频发:全国每年因充电引起的火灾达300多起,火灾造成的死亡率接近50%,引起ZF高度重视。ZF监管困难:ZF急需推动新国标等政策下的电池、车辆行业规范发展,以降低监管难度并减少充电事故。BMS电池保护板是锂离子电池组的"大脑"。共享换电柜BMS管理
充电管理芯片根据工作模式可分为开关模式、线性模式和开关电容模式。线性模式适用于小功率便携电子产品,对充电电流、效率要求不高,通常不高于1A,但对体积、成本则有较高要求。开关模式效率高,适用于大电流应用,且应用较灵活,可根据需要设计为降压、升压或升降压架构,常用的快充方案通常都是开关模式。开关电容模式可以做到高达97%以上的效率,但由于架构的原因,其输出电压与输入电压通常成一个固定的比例关系,实际应用中通常与开关型充电管理芯片配合使用。什么是BMS电池管理系统BMS被动均衡技术先于主动均衡在电动市场中应用,技术也较为成熟。
BMS是锂离子电池组的控制中心,电芯(组)进行统一的监控、指挥及协调。从构成上看,电池管理系统包括电池管理芯片(BMIC)、模拟前端(AFE)、嵌入式微处理器,以及嵌入式软件等部分。BMS根据实时采集的电芯状态数据,通过特定算法来实现电池组的电压保护、温度保护、短路保护、过流保护、绝缘保护等功能,并实现电芯间的电压平衡管理和对外数据通讯。电池管理芯片(BMIC)是电源管理芯片的重要细分领域,包括充电管理芯片、电池计量芯片和电池安全芯片。充电管理芯片可将外部电源转换为适合电芯的充电电压和电流,并在充电过程中实时监测电芯的充电状态,调整控制充电电压、电流,确保对电芯进行安全、高效的充电。根据锂电池的特性,充电管理芯片自动进行预充、恒流充电、恒压充电,有效控制充电各个阶段的充电状态。
电池计量芯片(电量计IC)主要用来采集电芯电压、温度、电流等信息,通过库仑积分和电池建模等方式计算电池电量、健康度等信息,并通过I2C/SMBUS/HDQ等通信端口与外部主机通信。电量计IC与电池保护IC既可分立,也可集成。一级保护IC可以控制充、放电MOSFET,保护动作是可恢复的,即当发生过充、过放、过流、短路等安全事件时就会断开相应的充放电开关,安全事件解除后就会重新恢复闭合开关,不影响电池的继续使用。硬件、算法和固件是电量计芯片的三大关键要素,硬件用来实现高精度采样和低功耗运行;算法用来对电池进行建模;固件用来实现算法编程,计算输出容量信息。在选择电量计芯片时,通常需要考虑到电芯化学类型、电芯串联数目、通信接口、电量计放在电池包内(Pack-side)还是放在系统板上(System-side)、电量计算法、是否集成电池保护均衡等功能、支持充放电电流大小,以及存储介质和封装形式等。BMS保护板为锂电池提供了一层额外的安全保障。
锂电池BMS保护板的过充保护:场效应管Q1、Q2可等效为两只开关,当Q1或Q2的G极电压大于1V时,开关管导通。导通开关管的D、S间内阻很小(数十毫欧姆),相当于开关闭合;当G极电压小于0.7V时,开关管截止,截止的开关管的D、S极间的内阻很大(几兆欧姆),相当于开关断开。电池包充电时,当锂动力电池包通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯两端的电压将逐渐升高,当电芯电压升高到4.4V(通常称为过充保护电压)时,控制IC将判断电芯已处于过充电状态,控制IC将使Q2截止,此时电芯的B一极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持该状态,即电芯的充电回路被切断,停止充电。,BMS系统保护板能够确保电池组内各节电池的压差不大,从而提高整个电池组的充放电性能。移动储能BMS电池管理系统测试
对于电池管理系统(BMS)而言,除了均衡功能外,均衡策略的制定同样非常重要。共享换电柜BMS管理
锂电池BMS保护板的过充保护:场效应管Q1、Q2可等效为两只开关,当Q1或Q2的G极电压大于1V时,开关管导通。导通开关管的D、S间内阻很小(数十毫欧姆),相当于开关闭合;当G极电压小于0.7V时,开关管截止,截止的开关管的D、S极间的内阻很大(几兆欧姆),相当于开关断开。电池包充电时,当锂动力电池包通过充电器正常充电时,随着充电时间的增加,电芯两端的电压将逐渐升高,当电芯电压升高到4.4V(通常称为过充保护电压)时,控制IC将判断电芯已处于过充电状态,控制IC将使Q2截止,此时电芯的B一极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持,即电芯的充电回路被切断,停止充电。共享换电柜BMS管理