鉅大LARGE | 點擊量:1037次 | 2018年12月13日
電動汽車動力電池系統的重要組成:電池管理系統
電池管理系統,BMS(BatteryManagementSystem),是電動汽車動力電池系統的重要組成。它一方面檢測收集并初步計算電池實時狀態參數,并根據檢測值與允許值的比較關系控制供電回路的通斷;另一方面,將采集的關鍵數據上報給整車控制器,并接收控制器的指令,與車輛上的其他系統協調工作。電池管理系統,不同電芯類型,對管理系統的要求往往并不一樣。
電動汽車用鋰離子電池容量大、串并聯節數多,系統復雜,加之安全性、耐久性、動力性等性能要求高、實現難度大,因此成為影響電動汽車推廣普及的瓶頸。鋰離子電池安全工作區域受到溫度、電壓窗口限制,超過該窗口的范圍,電池性能就會加速衰減,甚至發生安全問題。目前,大部分車用鋰離子電池,要求的可靠工作溫度為,放電時-20~55°C,充電時0~45°C(對石墨負極),而對于負極LTO充電時最低溫度為-30°C;工作電壓一般為1.5~4.2V左右(對于LiCoO2/C、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2/C、LiCoxNiyMnzO2/C以及LiMn2O4/C等材料體系約2.5~4.2V,對于LiMn2O4/Li4Ti5O12材料體系約1.5~2.7V,對于LiFePO4/C材料體系約2.0~3.7V)。
溫度對鋰電池性能尤其安全性具有決定性的影響,根據電極材料類型的不同,鋰電池(C/LiMn2O4,C/LMO,C/LiCoxNiyMnzO2,C/NCM,C/LiFePO4,C/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,C/NCA)典型的工作溫度如下:放電在-20-55℃,充電在0-45℃;負極材料為Li4Ti5O12或者LTO時,最低充電溫度往往可以達到-30℃。
當溫度過高時,會給電池的壽命造成不利影響。當溫度高至一定程度,則可能造成安全問題。當溫度為90~120℃時,SEI膜將開始放熱分解,而一些電解質體系會在較低溫度下分解約69℃。當溫度超過120℃,SEI膜分解后無法保護負碳電極,使得負極與有機電解質直接反應,產生可燃氣體將。當溫度為130℃,隔膜將開始熔化并關閉離子通道,使得電池的正負極暫時沒有電流流動。當溫度升高時,正極材料開始分解(LiCoO2開始分解約在150℃,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2在約160℃,LiNixCoyMnzO2在約210℃,LiMn2O4在約265℃,LiFePO4在約310℃)并產生氧氣。當溫度高于200℃時,電解液會分解并產生可燃性氣體[3],并且與由正極的分解產生的氧氣劇烈反應,進而導致熱失控。在0℃以下充電,會造成鋰金屬在負極表面形成電鍍層,這會減少電池的循環壽命。
過低的電壓或者過放電,會導致電解液分解并產生可燃氣體進而導致潛在安全風險。過高的電壓或者過充電,可能導致正極材料失去活性,并產生大量的熱;普通電解質在電壓高于4.5V時會分解。
為了解決這些問題,人們試圖開發能夠在非常惡劣的情況下進行工作的新電池系統,另一方面,目前商業化鋰離子電池必須連接管理系統,使鋰離子電池可以得到有效的控制和管理,每個單電池都在適當的條件下工作,充分保證電池的安全性、耐久性和動力性。
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