隨著城市生活節(jié)奏的加快,電動(dòng)自行車以其便捷成為了許多人出行的選擇。然而,隨之而來(lái)的安全問(wèn)題也不容忽視。特別是電動(dòng)自行車入戶充電引發(fā)的火災(zāi)危險(xiǎn),屢見不鮮,給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大威脅。深圳智慧動(dòng)鋰電子股份有限公司是一家致力于鋰電池安全管理的專精特新企業(yè),我們一起探索一下其自主研發(fā)的”智鋰狗系統(tǒng)”,如何利用RFID(無(wú)線射頻識(shí)別)技術(shù)成為我們防止電動(dòng)自行車入戶充電引起火災(zāi)的有力武器。RFID是一種無(wú)需直接接觸即可通過(guò)無(wú)線射頻信號(hào)進(jìn)行識(shí)別對(duì)象的技術(shù)。它主要由標(biāo)簽、讀取器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成。還可以與視頻監(jiān)控、智能基站等技術(shù)手段相結(jié)合,在阻止電動(dòng)自行車入戶充電火災(zāi)方面,發(fā)揮著巨大作用。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)異常(過(guò)壓/欠壓/高溫/短路),觸發(fā)保護(hù)(斷開電路、報(bào)警),并聯(lián)動(dòng)熱管理系統(tǒng)。質(zhì)量BMS保護(hù)IC
BMS的均衡管理功能在電池組的運(yùn)行中扮演著至關(guān)重要的角色。在電池組實(shí)際充放電進(jìn)程里,由于電池單體在制造工藝上的細(xì)微差別,以及內(nèi)阻、自放電率等固有特性的不同,各單體電池的電壓、荷電狀態(tài)(SOC)等參數(shù)會(huì)逐漸產(chǎn)生不一致的狀況。而均衡管理功能的中心作用,便是借助特定手段促使電池組內(nèi)各個(gè)單體電池的電壓、SOC等參數(shù)盡可能趨向一致,規(guī)避因個(gè)別電池過(guò)充或過(guò)放而對(duì)整個(gè)電池組性能與壽命造成不良影響。集中式BMS:將所有電池單體的監(jiān)測(cè)和管理功能集中在一塊主控板上,適用于電池?cái)?shù)量較少、系統(tǒng)規(guī)模較小的場(chǎng)合,如電動(dòng)工具、智能家居、電動(dòng)自行車等。分布式BMS:把電池單體的監(jiān)測(cè)和管理功能分散到多個(gè)從控板上,主控板負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理,適用于電池?cái)?shù)量較多、系統(tǒng)規(guī)模較大的場(chǎng)合,如電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)等。光伏儲(chǔ)能BMS電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能系統(tǒng)、消費(fèi)電子(手機(jī)/筆記本)、無(wú)人機(jī)、工業(yè)設(shè)備等。
BMS保護(hù)板分為分口與同口保護(hù)板。保護(hù)板為了現(xiàn)實(shí)保護(hù)電池的功能,必須要能夠主動(dòng)切斷電池主回路。因此,在電池包內(nèi)部,電池的主回路是要經(jīng)過(guò)保護(hù)板的。為了對(duì)充電和放電都能進(jìn)行操作,保護(hù)板必須具有兩個(gè)開關(guān),分別作用于充電和放電回路(姑且這么理解)。在同口保護(hù)板中,這兩個(gè)開關(guān)串在一條線上,接到電池包外部,充電和放電都經(jīng)過(guò)此線。而在分口保護(hù)板中,電池分出兩根線,分別接充電開關(guān)和放電開關(guān),再接到電池外部。之所以會(huì)出現(xiàn)同口和分口保護(hù)板,是為了降低成本:一般電動(dòng)車鋰電池包的充電電流要比放電電流小,如果兩個(gè)開關(guān)串到一條線上,那么兩個(gè)開關(guān)就得照著大的買。而分口的話,充電電流小,就可以用一個(gè)更小的開關(guān)。這里說(shuō)的開關(guān),其實(shí)就是MOSFET,是鋰電保護(hù)板的主要成本,而且國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)受限,重點(diǎn)部件需要進(jìn)口。隨著科技的不斷進(jìn)步,BMS正朝著更加智能化、節(jié)能化和小型化的方向發(fā)展。
SOC的重要性是防止電池?fù)p壞:通過(guò)將SOC保持在20%至80%之間,電動(dòng)汽車BMS可防止電池過(guò)度磨損,延長(zhǎng)SOH、容量和運(yùn)行壽命。BMS還依靠準(zhǔn)確的SOC讀數(shù)來(lái)降低電池單元因完全充電和深度放電而受損的危險(xiǎn)。性能優(yōu)化:電動(dòng)汽車電池在特定的SOC范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)可實(shí)現(xiàn)較好性能。盡管根據(jù)電池化學(xué)成分和設(shè)計(jì)的不同,這些范圍也會(huì)有所不同,但大多數(shù)電動(dòng)汽車電池都能在20%至80%SOC范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電力傳輸和強(qiáng)勁的加速性能。估算行駛里程:SOC直接影響電動(dòng)汽車的行駛里程,這對(duì)安全的行程規(guī)劃至關(guān)重要。優(yōu)化能效:精確的SOC測(cè)量可較大限度地減少能源浪費(fèi),同時(shí)較大限度地利用再生制動(dòng)延長(zhǎng)行駛里程。確保充電安全:BMS利用SOC讀數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)汽車電池的充電速率,采用涓流充電和受控充電等技術(shù)來(lái)保護(hù)電池壽命。 管理動(dòng)力電池組,防止過(guò)充/過(guò)放,提升續(xù)航里程,保障車輛安全,延長(zhǎng)電池壽命。
鋰電池(可充型)之所以需要保護(hù),是由它本身特性決定的。由于鋰電池本身的材料決定了它不能被過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路及超高溫充放電,因此鋰電池鋰電組件總會(huì)跟著一塊精致的保護(hù)板和一片電流保護(hù)器出現(xiàn)。鋰電池的保護(hù)功能通常由保護(hù)電路板和PTC等電流器件協(xié)同完成,保護(hù)板是由電子電路組成,在-40℃至+85℃的環(huán)境下時(shí)刻準(zhǔn)確的監(jiān)視電芯的電壓和充放回路的電流,及時(shí)操控電流回路的通斷;PTC在高溫環(huán)境下防止電池發(fā)生惡劣的損壞。保護(hù)板通常包括IC、MOS開關(guān)及輔助器件NTC、ID、存儲(chǔ)器等。其中操控IC,在一切正常的情況下操控MOS開關(guān)導(dǎo)通,使電芯與外電路溝通,而當(dāng)電芯電壓或回路電流超過(guò)規(guī)定值時(shí),它立刻操控MOS開關(guān)關(guān)斷,保護(hù)電芯的安全。NTC是Negativetemperaturecoefficient的縮寫,意即負(fù)溫度系數(shù),在環(huán)境溫度升高時(shí),其阻值降低,使用電設(shè)備或充電設(shè)備及時(shí)反應(yīng)、操控內(nèi)部中斷而停止充放電。 如何選擇BMS應(yīng)用方案??jī)奢嗆嘊MS電池管理系統(tǒng)
可能導(dǎo)致電池壽命驟減、安全事故(如起火)或系統(tǒng)宕機(jī),需定期維護(hù)與軟件升級(jí)。質(zhì)量BMS保護(hù)IC
BMS的中心使命是實(shí)時(shí)監(jiān)控電池狀態(tài)并實(shí)施精細(xì)作用。在硬件層面,BMS通過(guò)高精度模擬前端(AFE)芯片(如ADI的LTC6811或TI的BQ76PL536)采集每節(jié)電芯的電壓(精度可達(dá)±1mV)、溫度(范圍覆蓋-40°C至125°C)以及充放電電流(通過(guò)分流電阻或霍爾傳感器實(shí)現(xiàn)±)。這些數(shù)據(jù)經(jīng)主控芯片(如NXPS32K或STMicroelectronics的SPC58)處理后,執(zhí)行三大關(guān)鍵任務(wù):安全保護(hù)、狀態(tài)估算與能量管理。例如,當(dāng)某節(jié)三元鋰電池電壓超過(guò),BMS會(huì)立即切斷充電MOSFET,防止電解液分解引發(fā)熱失控;在低溫環(huán)境下(如-10°C),BMS可能通過(guò)PTC加熱片提升電芯溫度至5°C以上,以避免鋰析出導(dǎo)致的不可逆容量損失。對(duì)于多串電池組(如電動(dòng)汽車的96串400V系統(tǒng)),BMS必須解決電芯不一致性問(wèn)題——即使是同一批次的電芯,容量差異也可能達(dá)到2%-5%。被動(dòng)均衡通過(guò)并聯(lián)電阻對(duì)電芯放電(典型均衡電流50-200mA),而主動(dòng)均衡則利用電感或DC-DC轉(zhuǎn)換器將能量從電芯轉(zhuǎn)移至低壓電芯(效率可達(dá)85%以上),這兩種策略的取舍需權(quán)衡成本、效率與系統(tǒng)復(fù)雜度。質(zhì)量BMS保護(hù)IC