小电@@芯组合成大电@@池@@，保证性能和@@安全@@，BMS是关键@@！

judy — Wed, 13 Dec 2023 07:03:53 +0000

利用电@@子@@188足彩外围@@app 的@@力量帮助摆脱化石燃料@@

为了实现碳中@@和@@@@，人们正在@@开发和@@利用有助于摆脱化石燃料的@@多种技术@@，例如@@信息处理技术@@、电@@池技术@@、半导体@@、系统技术和@@电@@机技术等@@@@。为了利用先进技术来创造和@@有效利用新能源@@，还需要针对新技术进行优化后的@@周边技术@@。电@@容器@@、电@@感器@@、模块@@188足彩外围@@app 、传感器等@@也将出现新的@@技术需求@@。

上期我们介绍了@@“使用@@SiC/GaN功率@@半导体@@提高功率@@转换效率@@，电@@容器@@、电@@感器@@等@@无源@@188足彩外围@@app 技术进步的@@重要性@@”。电@@池对于实现碳中@@和@@越来越重要@@，这里将对保持电@@池长期处于健全状态并安全使用@@电@@池所必不可缺的@@电@@池管理系统@@@@（BMS）及其中@@使用@@的@@电@@子@@188足彩外围@@app 进行解说@@。

因全球变暖对策而突然受到关注的@@技术有多个@@，典型的@@有太阳能@@/风力发电@@@@、电@@动汽车@@（EV）、功率@@半导体@@和@@燃料电@@池等@@@@。在@@这些技术中@@@@，电@@池是长期以来一直很重要且被大范围使用@@@@、近年来@@重要性急剧增加的@@电@@气@@188足彩外围@@app 。

电@@池以前是玩具和@@手电@@筒等@@当中@@@@@@、现在@@是笔记本电@@脑和@@智能手机等@@便携式设备当中@@@@必不可少的@@电@@源@@。然而@@，随着迄今为止燃烧化石燃料的@@机器和@@设备逐步实现电@@气化以及可再生能源的@@使用@@逐步推广@@，电@@池的@@新用途正在@@迅速扩大@@。人们比以往任何时@@候都更渴望推出高性能@@、高可靠性且安全的@@电@@池@@。

例如@@，像电@@动汽车@@@@、电@@动船舶和@@飞机那样@@，将功率@@很高的@@发动机作为动力来源@@@@/热源的@@移动设备实现电@@气化时@@@@，需要很先进的@@电@@池@@。需要满足以下全部高水平要求@@：实现更长的@@连续使用@@时@@间所需的@@大容量化@@、实现从小功率@@到大功率@@的@@快速充放@@电@@所需的@@高输入@@/输出化@@、实现即使反复充放@@电@@也能在@@长时@@间内不发生劣化的@@长周期生命化@@、能在@@多种温度@@、振动和@@冲击等@@条件下使用@@的@@高安全性等@@@@。

EV和@@ESS所需的@@电@@池@@，呈现大容量化@@、高电@@压化和@@长寿命化的@@趋势@@@@。

然而@@，即使对于在@@电@@动汽车@@等@@新场景使用@@的@@电@@池@@，其基本结构和@@使用@@的@@材料也与智能手机中@@使用@@的@@传统电@@池没有太大区别@@。从容量@@、功率@@、寿命等@@多个角度来看@@，最易于使用@@的@@电@@池@@——锂离子二次电@@池@@一直在@@使用@@@@，没有进行过重大改进@@。

锂离子二次电@@池@@的@@每个电@@芯@@（电@@池的@@最小构成单位@@）的@@工作电@@压在@@充满电@@时@@约为@@4V，在@@放@@电@@后约为@@2V。用于智能手机的@@锂离子二次电@@池@@的@@工作电@@压也与此相同@@。此外@@，新推出的@@电@@动汽车@@中@@配备的@@电@@池的@@每个电@@芯实现的@@容量约为@@26Ah。智能手机中@@的@@每个电@@芯的@@容量约为@@3Ah，电@@动汽车@@中@@的@@电@@池确实有点大@@，但作为驱动电@@动汽车@@这样的@@重型机器的@@电@@池仍可以说比较小@@。

实际上@@，电@@动汽车@@的@@电@@机采用@@400V至@@800V的@@高压电@@源驱动@@，为了获得有实用性的@@续航里程@@，需要配备的@@电@@池容量很大@@，超过@@50kWh。通过将@@1000个以上的@@电@@芯组合并进行@@串联和@@并联排列@@，从而实现电@@动汽车@@的@@电@@池规格@@。将一定数量的@@电@@芯组合而成的@@高电@@压@@、大容量化电@@池被称为@@模块@@@@，而将多个模块@@进一步组合而成的@@电@@池叫做电@@池包@@。

为了采用这种将小电@@芯组合成大电@@池@@的@@方法@@，需要先解决一个问题@@。

一般来说@@，每个电@@芯的@@容量和@@输入@@/输出等@@特性会因材料和@@制造的@@差异而具有个体差@@。而且@@，随着反复充放@@电@@的@@进行@@，其承受来自充放@@电@@等@@环境的@@应力的@@能力也存在@@个体差@@，因此电@@芯之间的@@个体差呈现增大的@@趋势@@@@。这些个体差对由很多电@@芯构成的@@模块@@和@@电@@池包整体的@@寿命和@@输出等@@特性会产生重大影响@@。这是因为模块@@和@@电@@池包的@@特性是由所使用@@的@@电@@芯当中@@@@性能和@@承受环境应力的@@能力最差的@@电@@芯决定的@@@@。一般来说@@，各个电@@芯的@@周围环境温度@@、充放@@电@@时@@的@@电@@压和@@电@@流@@都存在@@波动@@（称为@@“应力强度@@”），因此对应力的@@抵抗能力越低@@，劣化程度就越高@@。特别是如果由于过充@@（放@@）电@@、过热@@、内部短路等@@原因而导致容量不足或失去电@@源等@@@@，则可能会导致车辆无法控制或无法行驶@@，甚至@@引发事故@@。

BMS是有效利用电@@池的@@关键系统@@

在@@此背景下@@，为了长期保持由多个电@@芯组合而成的@@模块@@和@@电@@池包的@@性能并安全地使用@@@@，需要创建一个可以将每个电@@芯的@@劣化降低到很小的@@工作环境@@。为了实现此目的@@而承担对每个电@@芯的@@动作和@@状态进行密切监视和@@控制的@@控制系统就是电@@池管理系统@@@@（BMS）。

在@@BMS当中@@@@，对每个电@@芯的@@动作和@@状态进行高精度和@@高分辨率的@@持续监控@@。对电@@芯的@@动作和@@状态进行监控要使用@@对电@@压@@、电@@流@@、温度和@@泄漏等@@进行监测的@@传感器@@。而且@@，对充放@@电@@进行控制并保持平衡使特性尽可能达到均一@@，从而对以电@@芯和@@模块@@为单位的@@轻微不匹配和@@不平衡进行补偿@@。由此尽量改进模块@@和@@电@@池包的@@使用@@寿命和@@性能并确保安全性@@。

而且@@，通过微型计算@@机中@@的@@软件控制将电@@池的@@规格和@@设计规定的@@使用@@范围与收集到的@@数据进行比较@@，并进行@@：

1. 预防过度充电@@和@@过度放@@电@@导致电@@芯劣化并损害安全性的@@充放@@电@@控制@@；

2. 防止危险的@@过电@@流@@的@@充放@@电@@控制@@；

3. 实现安全平稳动作的@@温度管理@@；

4. 电@@池剩余电@@量@@(SOC)计算@@；

5. 为尽量改进续航距离和@@使用@@寿命而进行的@@电@@芯电@@压均等@@化@@(称为@@电@@池平衡@@)等@@。

此外@@，如果检测到过度充电@@或过热@@等@@异常情况@@，会向其他车载系统发出警报并向具有断开输出电@@力功能的@@控制电@@路发出通知@@，从而防止事故发生@@。

BMS的@@性能取决于其内置控制功能的@@多样性和@@精度@@。但是@@，要实现@@高性能@@，其大前提是检测电@@芯的@@动作和@@状态的@@传感器和@@@@BMS电@@路中@@使用@@的@@许多电@@子@@188足彩外围@@app 具有高精度@@（图@@3）。此外@@，由于需要监控大量电@@芯@@，所以@@BMS电@@路构成本身变得非常复杂@@，需要更小@@、更轻的@@传感器和@@@@188足彩外围@@app 。

BMS的@@重要功能@@——电@@芯平衡技术@@，有两种方式@@：

一种是被动方式@@：利用放@@电@@开关让高电@@压电@@芯强制放@@电@@@@，将其与低电@@压电@@芯之间的@@电@@容差转化为热量@@，实现电@@压均等@@@@。

另一种是主动方式@@：在@@容量和@@电@@压不平衡的@@相邻电@@芯之间流过电@@流@@使电@@芯的@@充电@@状态实现均等@@@@。为了将电@@池的@@潜在@@能力用尽@@，需要采用主动方式@@。

为了将电@@池的@@潜在@@能力用尽@@，需要采用主动方式@@。

BMS的@@性能取决于其内置控制功能的@@多样性和@@精度@@。但是@@，要实现@@高性能@@，其大前提是检测电@@芯的@@动作和@@状态的@@传感器和@@@@BMS电@@路中@@使用@@的@@许多电@@子@@188足彩外围@@app 具有高精度@@（下图@@@@）。此外@@，由于需要监控大量电@@芯@@，所以@@BMS电@@路构成本身变得非常复杂@@，需要更小@@、更轻的@@传感器和@@@@188足彩外围@@app 。

趋势@@：无线@@BMS和@@AI BMS

在@@迄今为止的@@@@BMS中@@，通过将@@传感器收集的@@数据与预先输入的@@规则和@@控制范围进行比较来推测每个电@@芯的@@动作和@@状态@@。人们现在@@正在@@考虑引入让人工智能@@（AI）学习电@@池的@@电@@化学现象的@@趋势@@从而做出更准确的@@推测的@@技术@@。期待通过使用@@名为@@“AI BMS”的@@技术能够推测快速充电@@中@@的@@电@@芯性能并尽早发现电@@芯劣化@@。

此外@@，近年来@@，引进将模块@@之间及其与@@BMS之间的@@连接控制线无线@@化后的@@无线@@@@BMS（wBMS）受到了人们的@@关注@@。它能减少跨越模块@@之间的@@电@@缆数量@@，因此能减轻重量并更容易在@@难以到达的@@位置进行布线@@。应用于电@@动汽车@@的@@@@BMS时@@，据说每辆车可以减少大约@@10m的@@电@@缆以及有线连接时@@使用@@的@@连接器和@@变压器@@。而且@@，还可以在@@空余的@@空间中@@配备电@@芯@@，从而增加电@@池容量@@。但是@@，与有线连接相比@@，信号传输路径的@@环境不稳定@@，故障风险会增加@@。

目前已经出现了将@@wBMS应用到电@@动汽车@@和@@大型储能系统@@（ESS）的@@动向@@。要实现@@wBMS，需要应用高可靠性@@、低延迟的@@无线@@技术@@。开发无线@@@@IC的@@半导体@@制造商在@@大多数场合下会建议使用@@特有标准的@@无线@@技术@@，其中@@大多数使用@@@@2.4GHz的@@ISM频段无线@@@@。

在@@电@@动汽车@@和@@储能系统的@@电@@池中@@可能会使用@@多个小型且高可靠性的@@无线@@模块@@@@。随着无线@@模块@@的@@发展@@，可以适用@@wBMS的@@应用范围可能将进一步扩大@@。

来源@@：Murata村田中@@国@@

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