电动汽车动力电池系统的重要组成:电池管理系统

2018-12-13      1025 次浏览

电池管理系统,BMS(BatteryManagementSystem),是电动汽车动力电池系统的重要组成。它一方面检测收集并初步计算电池实时状态参数,并根据检测值与允许值的比较关系控制供电回路的通断;另一方面,将采集的关键数据上报给整车控制器,并接收控制器的指令,与车辆上的其他系统协调工作。电池管理系统,不同电芯类型,对管理系统的要求往往并不一样。

电动汽车用锂离子电池容量大、串并联节数多,系统复杂,加之安全性、耐久性、动力性等性能要求高、实现难度大,因此成为影响电动汽车推广普及的瓶颈。锂离子电池安全工作区域受到温度、电压窗口限制,超过该窗口的范围,电池性能就会加速衰减,甚至发生安全问题。目前,大部分车用锂离子电池,要求的可靠工作温度为,放电时-20~55°C,充电时0~45°C(对石墨负极),而对于负极LTO充电时最低温度为-30°C;工作电压一般为1.5~4.2V左右(对于LiCoO2/C、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2/C、LiCoxNiyMnzO2/C以及LiMn2O4/C等材料体系约2.5~4.2V,对于LiMn2O4/Li4Ti5O12材料体系约1.5~2.7V,对于LiFePO4/C材料体系约2.0~3.7V)。

温度对锂电池性能尤其安全性具有决定性的影响,根据电极材料类型的不同,锂电池(C/LiMn2O4,C/LMO,C/LiCoxNiyMnzO2,C/NCM,C/LiFePO4,C/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2,C/NCA)典型的工作温度如下:放电在-20-55℃,充电在0-45℃;负极材料为Li4Ti5O12或者LTO时,最低充电温度往往可以达到-30℃。

电池管理系统

当温度过高时,会给电池的寿命造成不利影响。当温度高至一定程度,则可能造成安全问题。当温度为90~120℃时,SEI膜将开始放热分解,而一些电解质体系会在较低温度下分解约69℃。当温度超过120℃,SEI膜分解后无法保护负碳电极,使得负极与有机电解质直接反应,产生可燃气体将。当温度为130℃,隔膜将开始熔化并关闭离子通道,使得电池的正负极暂时没有电流流动。当温度升高时,正极材料开始分解(LiCoO2开始分解约在150℃,LiNi0.8Co0.15Al0.05O2在约160℃,LiNixCoyMnzO2在约210℃,LiMn2O4在约265℃,LiFePO4在约310℃)并产生氧气。当温度高于200℃时,电解液会分解并产生可燃性气体[3],并且与由正极的分解产生的氧气剧烈反应,进而导致热失控。在0℃以下充电,会造成锂金属在负极表面形成电镀层,这会减少电池的循环寿命。

过低的电压或者过放电,会导致电解液分解并产生可燃气体进而导致潜在安全风险。过高的电压或者过充电,可能导致正极材料失去活性,并产生大量的热;普通电解质在电压高于4.5V时会分解。

为了解决这些问题,人们试图开发能够在非常恶劣的情况下进行工作的新电池系统,另一方面,目前商业化锂离子电池必须连接管理系统,使锂离子电池可以得到有效的控制和管理,每个单电池都在适当的条件下工作,充分保证电池的安全性、耐久性和动力性。

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