什么是电池荷电状态(SOC)?电池荷电状态(SOC)是电池管理的一个重要指标,尤其是对锂离子电池而言。它指的是电池相对于其容量的电量水平,通常用百分比表示。SOC用于确定电池的剩余电量,而剩余电量对于预测电池的性能和使用寿命至关重要。测量电池的充电状态并不是一项简单的任务,有很多种方法,比如电压/电流积分、阻抗测量和库仑计数等。确定电动汽车电池SOC的技术各不相同,主要有开路电压法,库仑计数法,基于模型的方法几种。 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。家庭储能BMS电池管理系统保护方案
测量电池容量的理想方法是库仑计数法,即通过测量一段时间内流入和流出的电流,进而得到流入或者流出电量。SOC=总容量-(放电电流-充电电流)*时间根据电池测量系统的不同,有多种测量放电或充电电流的方法。电流分流器:分流器是一个低欧姆电阻器,用于测量电流。整个电流流经分流器并产生电压降,然后进行测量。这种方法会在电阻器上产生轻微的功率损耗。霍尔效应传感器:这种传感器通过磁场变化测量电流。它消除了电流分流器典型的功率损耗问题,但成本较高,且无法承受大电流。巨磁电阻(GMR)传感器:这种传感器用作磁场检测器,比霍尔效应传感器更灵敏(也更昂贵)。它们的精确度很高。库仑测量涉及的计算相当复杂,主要由微控制器完成。库仑计数法是一种安培小时积分法,可有效量化一段时间内的电量,提供动态、连续的状态更新。开路电压(OCV)通过计算电压与电量之间的直接关系,快速评估剩余电量。不过,库仑计数法会因传感器漂移或电池性能变化而随时间累积误差,而开路电压则也可能受到温度波动和电池老化的影响。 电单车BMS保护板当电池充电时,如果电压超过设定的安全范围,BMS系统保护板会立即断开充电电路,防止电池过充。
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。
BMS是锂离子电池组的"大脑",对电芯(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。 均衡是BMS中非常重要的一个环节。
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。 BMS总成包括电池组、线束、结构件、BMS保护板等组件组成。无人机BMS
硬件BMS保护板指的是完全基于硬件实现的电池管理系统,其设计注重电路和传感器等硬件组件的整合。家庭储能BMS电池管理系统保护方案
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%。 家庭储能BMS电池管理系统保护方案
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