BMS鋰電池發(fā)展2021-08-06 08:09
BMS首要解決的就是安全問(wèn)題，需要具備：
1）過(guò)充保護(hù)，即充電時(shí)需在電壓超標(biāo)時(shí)及時(shí)終止。
2）過(guò)放保護(hù)，即組中任一單體電壓低于過(guò)放電閾值時(shí)終止放電。
3）過(guò)流及短路保護(hù)，主要功能為當(dāng)意外造成過(guò)大的放電電流甚至短路時(shí)，輸出能自動(dòng)關(guān)閉并進(jìn)入自鎖狀態(tài)。
目前這些基本的保護(hù)功能可由專業(yè)的鋰電保護(hù)芯片實(shí)現(xiàn)，如TI、凌特等專用鋰電保護(hù)IC。均衡是電池管理的核心問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的研究非?；钴S。均衡的具體實(shí)現(xiàn)方法依據(jù)能量處理方式可分為耗散型與非耗散型，耗散型均衡通過(guò)在電池兩端并聯(lián)旁路分流電阻消耗多余能量來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡，這種方法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但存在熱管理問(wèn)題。非耗散型均衡是指能量在電池組中各單體之間轉(zhuǎn)移以達(dá)到均衡，這種均衡方式存在多種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但往往存在電路復(fù)雜，均衡效率不高，均衡速度慢等問(wèn)題，限制了其在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等大容量領(lǐng)域的使用。
鋰電池由于結(jié)構(gòu)和模型的復(fù)雜性，其SOC特性受許多不確定因素的影響，大致有充放電倍率、溫度與充放電次數(shù)等，因此如何依據(jù)可測(cè)的參數(shù)對(duì)SOC做出準(zhǔn)確的估計(jì)是當(dāng)前亟待解決的難題。目前業(yè)界常用的SOC估計(jì)方法有放電法、安時(shí)積分法、開(kāi)路電壓法以及卡爾曼濾波法等。放電試驗(yàn)法是對(duì)電池恒流放電，統(tǒng)計(jì)放出的電量，直到其端電壓達(dá)到放電截止電壓。該方法比較可靠，適用于不同類型的電池；但缺點(diǎn)主要是試驗(yàn)過(guò)程較長(zhǎng)，不能實(shí)時(shí)在線估計(jì)，因此該方法一般用于確定電池模型參數(shù)。安時(shí)積分法通過(guò)計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)電池充放電時(shí)流進(jìn)或流出的容量來(lái)計(jì)算SOC，算得SOC值后再根據(jù)環(huán)境溫度和充放電倍率這些影響因素對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。這種方法存在積分累積誤差與初始值預(yù)測(cè)問(wèn)題。開(kāi)路電壓法利用電池開(kāi)路電壓與SOC一定的曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)估算SOC。但為了測(cè)得開(kāi)路電壓需要消除電池自恢復(fù)效應(yīng)，耗時(shí)較長(zhǎng)，所以開(kāi)路電壓法不能實(shí)時(shí)估計(jì)SOC，但可以為其他算法提供初始SOC值?？柭鼮V波是一種通過(guò)遞歸迭代來(lái)解決離散方程中濾波問(wèn)題的方法，它能夠根據(jù)前時(shí)刻的狀態(tài)通過(guò)遞推來(lái)估算當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)值。因此我們可用電池的上一個(gè)狀態(tài)參數(shù)來(lái)估計(jì)當(dāng)前時(shí)刻的工作狀態(tài)，即將電池的電流、工作溫度等參數(shù)作為系統(tǒng)的輸入，SOC作為狀態(tài)參量，電池電壓作為輸出，利用卡爾曼濾波進(jìn)行鋰電池SOC的估算。目前卡爾曼濾波法還停留在理論仿真階段，實(shí)際應(yīng)用的報(bào)道很少。而對(duì)溫度的監(jiān)控目前BMS系統(tǒng)主要采用模擬/數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于成本受限的場(chǎng)合可以使用熱敏電阻。
目前美日德在BMS的研究和產(chǎn)品化水平上都走在世界前列，美國(guó)A123System公司最先開(kāi)發(fā)出鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)，并于2011年建成全球最大的32MWh鋰電儲(chǔ)能電站。目前國(guó)內(nèi)在儲(chǔ)能電站BMS領(lǐng)域的研究也已經(jīng)開(kāi)始，如力高公司生產(chǎn)的儲(chǔ)能電站專用BMS，采用三級(jí)體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)測(cè)，可用于大中小型儲(chǔ)能電。
1）過(guò)充保護(hù)，即充電時(shí)需在電壓超標(biāo)時(shí)及時(shí)終止。
2）過(guò)放保護(hù)，即組中任一單體電壓低于過(guò)放電閾值時(shí)終止放電。
3）過(guò)流及短路保護(hù)，主要功能為當(dāng)意外造成過(guò)大的放電電流甚至短路時(shí)，輸出能自動(dòng)關(guān)閉并進(jìn)入自鎖狀態(tài)。
目前這些基本的保護(hù)功能可由專業(yè)的鋰電保護(hù)芯片實(shí)現(xiàn)，如TI、凌特等專用鋰電保護(hù)IC。均衡是電池管理的核心問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外的研究非?；钴S。均衡的具體實(shí)現(xiàn)方法依據(jù)能量處理方式可分為耗散型與非耗散型，耗散型均衡通過(guò)在電池兩端并聯(lián)旁路分流電阻消耗多余能量來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡，這種方法具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，但存在熱管理問(wèn)題。非耗散型均衡是指能量在電池組中各單體之間轉(zhuǎn)移以達(dá)到均衡，這種均衡方式存在多種電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但往往存在電路復(fù)雜，均衡效率不高，均衡速度慢等問(wèn)題，限制了其在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等大容量領(lǐng)域的使用。
鋰電池由于結(jié)構(gòu)和模型的復(fù)雜性，其SOC特性受許多不確定因素的影響，大致有充放電倍率、溫度與充放電次數(shù)等，因此如何依據(jù)可測(cè)的參數(shù)對(duì)SOC做出準(zhǔn)確的估計(jì)是當(dāng)前亟待解決的難題。目前業(yè)界常用的SOC估計(jì)方法有放電法、安時(shí)積分法、開(kāi)路電壓法以及卡爾曼濾波法等。放電試驗(yàn)法是對(duì)電池恒流放電，統(tǒng)計(jì)放出的電量，直到其端電壓達(dá)到放電截止電壓。該方法比較可靠，適用于不同類型的電池；但缺點(diǎn)主要是試驗(yàn)過(guò)程較長(zhǎng)，不能實(shí)時(shí)在線估計(jì)，因此該方法一般用于確定電池模型參數(shù)。安時(shí)積分法通過(guò)計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)電池充放電時(shí)流進(jìn)或流出的容量來(lái)計(jì)算SOC，算得SOC值后再根據(jù)環(huán)境溫度和充放電倍率這些影響因素對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。這種方法存在積分累積誤差與初始值預(yù)測(cè)問(wèn)題。開(kāi)路電壓法利用電池開(kāi)路電壓與SOC一定的曲線對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)估算SOC。但為了測(cè)得開(kāi)路電壓需要消除電池自恢復(fù)效應(yīng)，耗時(shí)較長(zhǎng)，所以開(kāi)路電壓法不能實(shí)時(shí)估計(jì)SOC，但可以為其他算法提供初始SOC值?？柭鼮V波是一種通過(guò)遞歸迭代來(lái)解決離散方程中濾波問(wèn)題的方法，它能夠根據(jù)前時(shí)刻的狀態(tài)通過(guò)遞推來(lái)估算當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)值。因此我們可用電池的上一個(gè)狀態(tài)參數(shù)來(lái)估計(jì)當(dāng)前時(shí)刻的工作狀態(tài)，即將電池的電流、工作溫度等參數(shù)作為系統(tǒng)的輸入，SOC作為狀態(tài)參量，電池電壓作為輸出，利用卡爾曼濾波進(jìn)行鋰電池SOC的估算。目前卡爾曼濾波法還停留在理論仿真階段，實(shí)際應(yīng)用的報(bào)道很少。而對(duì)溫度的監(jiān)控目前BMS系統(tǒng)主要采用模擬/數(shù)字溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)于成本受限的場(chǎng)合可以使用熱敏電阻。
目前美日德在BMS的研究和產(chǎn)品化水平上都走在世界前列，美國(guó)A123System公司最先開(kāi)發(fā)出鐵鋰儲(chǔ)能系統(tǒng)，并于2011年建成全球最大的32MWh鋰電儲(chǔ)能電站。目前國(guó)內(nèi)在儲(chǔ)能電站BMS領(lǐng)域的研究也已經(jīng)開(kāi)始，如力高公司生產(chǎn)的儲(chǔ)能電站專用BMS，采用三級(jí)體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)電池監(jiān)測(cè)，可用于大中小型儲(chǔ)能電。
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