开路电压法估算电池SOC;铅酸蓄电池的SOC与其开路电压(OCV)之间存在近似线性关系,基于电池OCV的方法是,当电池与负载断开时间超过两小时时,电池的OCV与SOC成正比。然而,如此长的断开时间对于电池来说可能太长而无法实现。与铅酸电池不同,锂离子电池的OCV与SOC之间不存在线性关系。锂离子电池SOC与OCV之间的典型关系如图所示。OCV与SOC的关系是通过对锂离子电池施加脉冲负载,然后让电池达到平衡而确定的。所有电池的OCV与SOC之间的关系不可能完全相同。由于不同电池的传统OCV-SOC有所不同,因此需要测量OCV-SOC的关系,以准确估算SOC。 均衡是BMS中非常重要的一个环节。中颖电子BMS电池管理系统效果
锂电池(可充型)之所以需要保护,是由它本身特性决定的。由于锂电池本身的材料决定了它不能被过充、过放、过流、短路及超高温充放电,因此锂电池锂电组件总会跟着一块精致的保护板和一片电流保险器出现。锂电池的保护功能通常由保护电路板和PTC等电流器件协同完成,保护板是由电子电路组成,在-40℃至+85℃的环境下时刻准确的监视电芯的电压和充放回路的电流,及时控制电流回路的通断;PTC在高温环境下防止电池发生恶劣的损坏。保护板通常包括控制IC、MOS开关及辅助器件NTC、ID、存储器等。其中控制IC,在一切正常的情况下控制MOS开关导通,使电芯与外电路沟通,而当电芯电压或回路电流超过规定值时,它立刻控制MOS开关关断,保护电芯的安全。NTC是Negativetemperaturecoefficient的缩写,意即负温度系数,在环境温度升高时,其阻值降低,使用电设备或充电设备及时反应、控制内部中断而停止充放电。ID是Identification的缩写,即身份识别的意思它分为两种:一是存储器,常为单线接口存储器,存储电池种类、生产日期等信息;二是识别电阻。两者可起到产品的可追溯和应用的限制。 电动两轮车BMS研发BMS系统保护板能实现电池的平衡管理,确保多节电池电动车的每节电池在充放电过程中的压差不大。
主动均衡则是通过电量转移的方式来实现均衡,这种方式效率更高、损失更小。不同厂家可能采用不同的方法,均衡电流也可能有所不同,范围通常在1~10A之间。被动均衡更适合于小容量、低串数的锂电池组应用,而主动均衡则更适用于高串数、大容量的动力型锂电池组应用。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至关重要。主动均衡机制采用电量转移的方式,将组内电池的总电量转移给容量较小的电池。电感式主动均衡以物理转换为基础,集成了电源开关和微型电感,实现双向均衡。它可以通过相邻电池间的电荷转移来均衡电池,无论是放电、充电还是静置状态,都可以进行均衡,且均衡效率高达92%。
BMS分为纯硬件BMS保护板和软件结合硬件的BMS保护板纯硬件的BMS保护板是一组比较固定的保护参数,根据自身采集到的电压、电流、温度等状态保护与恢复,不需要MCU参与,这样的保护板也就不具备通讯信息交互的功能而软件+硬件的方式,MCU可以对信息的实时采集并且通过can、485等通讯方式与外部交互,上传BMS保护板实时信息。一般为了更好地分析电池过去的状态,尤其是在故障分析和算法建模的时候,需要大量的数据支撑,这时候就需要log存储功能,尽可能多的记录BMS的数据。 储能BMS均衡技术主要是指电池管理系统BMS中用于维护电池组中各个单体电池电量一致性的技术。
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。如果需要更高级的电池管理策略,对灵活性和升级能力有更高要求,那么软件BMS板可能更为合适。两轮车BMS软件设计
BMS保护板也可以按照串数和持续放电电流大小来分。中颖电子BMS电池管理系统效果
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,电池可以继续使用。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。中颖电子BMS电池管理系统效果