鋰電池保護(hù)板的設(shè)計(jì)需適配不同應(yīng)用場(chǎng)景的差異化需求:1.電動(dòng)汽車(chē):高耐壓設(shè)計(jì)(800V平臺(tái))、ASIL-D功能安全認(rèn)證,支持快充(350kW)工況下的瞬時(shí)功率管理。典型案例:比亞迪刀片電池采用多層PCB保護(hù)板,集成液冷散熱接口,溫差控制±2℃。2.儲(chǔ)能系統(tǒng):支持簇級(jí)均衡與梯次利用,循環(huán)壽命>6000次,兼容磷酸鐵鋰(3.2V)與三元鋰(3.7V)電芯。特斯拉Megapack儲(chǔ)能柜采用模塊化保護(hù)板,每模塊單一管理,降低單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)。3.消費(fèi)電子:微型化設(shè)計(jì)(PCB面積<15mm×20mm),靜態(tài)功耗<5μA,支持USB-PD/QC快充協(xié)議。大疆無(wú)人機(jī)電池內(nèi)置多層保護(hù)板,集成自加熱功能以應(yīng)對(duì)低溫飛行。BMS是儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的中心子系統(tǒng)之一。電摩BMS保護(hù)IC
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,會(huì)破壞電池的物理結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致電池的損壞。軟件BMS芯片BMS終止充電意味著電池管理系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)到充電系統(tǒng)存在異常情況時(shí),為了保護(hù)電池安全而主動(dòng)切斷充電過(guò)程。
在組成結(jié)構(gòu)上,BMS 分為硬件與軟件兩大部分。硬件包含主控單元,通常由微控制器(MCU)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)擔(dān)當(dāng),負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理與指令發(fā)出;電壓、電流、溫度采集電路,分別用于采集對(duì)應(yīng)參數(shù);保護(hù)電路在異常時(shí)切斷電路;均衡電路實(shí)現(xiàn)電池電量平衡;通信接口電路支持多種通信協(xié)議,保障數(shù)據(jù)傳輸。軟件涵蓋底層驅(qū)動(dòng)軟件,負(fù)責(zé)硬件交互;電池管理算法,如 SOC 估算、SOH 評(píng)估、均衡及充放電控制算法等,是 BMS 重心;通信協(xié)議棧保障通信順暢;用戶界面軟件則為用戶提供直觀操作界面。
電壓監(jiān)測(cè):精確測(cè)量電池組中每個(gè)單體電池的電壓,以及電池組的總電壓。通過(guò)對(duì)單體電池電壓的監(jiān)測(cè),可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池組中電壓異常的電池,如過(guò)充、過(guò)放或電壓不均衡等情況。電流監(jiān)測(cè):實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的充放電電流,以便準(zhǔn)確計(jì)算電池的充放電電量,進(jìn)而評(píng)估電池的剩余容量(SOC)。同時(shí),通過(guò)監(jiān)測(cè)電流還可以判斷電池組的工作狀態(tài),如是否存在過(guò)流、短路等故障。溫度監(jiān)測(cè):在電池組中布置多個(gè)溫度傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組的溫度分布情況。由于電池的性能和安全性與溫度密切相關(guān),過(guò)高或過(guò)低的溫度都會(huì)影響電池的壽命和充放電效率,甚至可能引發(fā)安全事故,因此溫度監(jiān)測(cè)對(duì)于保證電池組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。BMS中的電池均衡管理是什么?
BMS作為電池系統(tǒng)的中心控制器,通過(guò)實(shí)時(shí)采集電壓、電流、溫度等關(guān)鍵參數(shù),結(jié)合算法模型對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估,實(shí)現(xiàn)過(guò)充/過(guò)放防護(hù)、熱失控預(yù)警、壽命優(yōu)化等目標(biāo)。過(guò)充/過(guò)放防護(hù):鋰電芯在電壓超過(guò)4.25V(過(guò)充)或低于2.5V(過(guò)放)時(shí),可能引發(fā)電解液分解、SEI膜破裂甚至起火危險(xiǎn)。BMS通過(guò)精細(xì)的電壓采樣電路(精度可達(dá)±1mV)及快速切斷MOSFET開(kāi)關(guān),規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。壽命優(yōu)化:研究表明,電池在20%-80%SOC區(qū)間循環(huán)可提升2-3倍壽命。BMS通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整充放電策略(如恒流-恒壓切換、脈沖充電),減緩容量衰減。熱管理:BMS結(jié)合溫度傳感器(如NTC)與散熱系統(tǒng)(液冷/風(fēng)冷),將電芯溫差控制在±2℃以內(nèi),避免局部過(guò)熱引發(fā)連鎖反應(yīng)。在儲(chǔ)能系統(tǒng)中,BMS負(fù)責(zé)監(jiān)控電池的狀態(tài),確保電池的安全運(yùn)行,并與儲(chǔ)能監(jiān)控系統(tǒng)通信,實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的管理。特種車(chē)輛BMS作用
當(dāng)電池的電壓低于設(shè)定的欠壓指示電壓時(shí),保護(hù)板會(huì)自動(dòng)斷電,從而避免發(fā)熱、膨脹等不安全現(xiàn)象發(fā)生。電摩BMS保護(hù)IC
電池管理系統(tǒng)(BMS,Battery Management System)3. 競(jìng)爭(zhēng)格局與挑戰(zhàn)(1)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇頭部企業(yè)主導(dǎo):特斯拉、寧德時(shí)代(CATL)、比亞迪等車(chē)企與電池廠商自研BMS,形成技術(shù)壁壘。第三方供應(yīng)商崛起:如ADI、NXP、均勝電子等芯片與方案商提供標(biāo)準(zhǔn)化BMS解決方案。(2)技術(shù)挑戰(zhàn)算法瓶頸:SOC估算精度(目前普遍誤差3%-5%),低溫/老化條件下的可靠性。標(biāo)準(zhǔn)化缺失:不同電池類型(如磷酸鐵鋰vs三元鋰)、廠商協(xié)議差異導(dǎo)致兼容性問(wèn)題。成本壓力:BMS占電池包成本10%-20%,需通過(guò)技術(shù)迭代降本。電摩BMS保護(hù)IC