BMS基础知识:BMS基本功能,铅酸和锂电池工作原理,电池系统的重要概念!

笔者有话说:

作为BMS从业者来讲,目前接触的BMS系统并不是很高大尚,但基础功能都是有的。
关于BMS的基本功能,工作原理,运行逻辑等,在此做一个梳理,讲一些最基础的扫盲知识,可以作为踏入BMS开发岗位的岗前培训来学习。

在编写时,如有错误之处,还望指正。

什么是BMS?


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BMS电池系统俗称之为电池保姆或电池管家,主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,监控电池的状态,防止电池出现过充电和过放电,电池过温低温状态下充电限制 ,以达到延长电池的使用寿命。

BMS 英文含义

Battery management system,嵌入式电池管理系统

为什么铅酸蓄电池不需要BMS?

铅酸电池具有天然的自稳定特性。

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铅酸电池因其自身结构的特点,不需要使用保护板来避免过充、过放等问题,BMS对于铅酸电池来说是不必要的。

法国人普兰特于1859年发明铅酸蓄电池,根据铅酸蓄电池结构与用途区别,粗略将电池分为四大类:

1、启动用铅酸蓄电池;2、动力用铅酸蓄电池;3、固定型阀控密封式铅酸蓄电池;4、其它类,包括小型阀控密封式铅酸蓄电池,矿灯用铅酸蓄电池等

铅酸蓄电池在世界范围内运用最广且最多。

铅酸蓄电池缺点:

能量密度低,电池非常的重,使用寿命短,基本上使用频率是两到三年。
维护比较频繁。

铅酸蓄电池的工作原理

当其充电或放电时,化学反应会产生一些不稳定的气体和化合物,但在多孔橡胶分隔板(Separator)的作用下,这些气体和化合物会自然地扩散到电解液中并稀释。

锂电池的工作原理

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锂金属电池:

锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

放电反应:Li+MnO2=LiMnO2

锂离子电池:

锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。

充电正极上发生的反应为
LiCoO2=Li(1-x)CoO2+xLi++xe-(电子)

充电负极上发生的反应为
6C+xLi++xe- = LixC6

充电电池总反应:LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

电池系统的重要概念

Cell 电芯

电池包内的最小能量单元,它的电压取决于它内部的化学成分。

电芯和电池是不一样的概念,只不过通常也会被混着说;
通常有一次性电芯(primary)以及可充电电芯(rechargeable)。

Battery 电池

电池或者电池包 Battery pack,由多个电芯cell串并联而成。

Nominal voltage 额定电压以及 Nominal capacity 额定容量

随着电芯出厂的标称电压(V)和容量(Ah或者mAh),
一般锂离子电芯的额定电压都 >3 V。

**铅酸电池:**铅酸电池的电压平台较低,一般为2V,单体最大电压为2.4V。

**锂电池:**锂电池的电压平台较高,三元锂电池的单体标称电压为3.7V,磷酸铁锂电池的单体标称电压为3.2V。

三元锂电池工作区间:2V-4.2V
磷酸铁锂电池工作区间: 2V-3.65V

BMS系统的作用

BMS可以实时采集、处理、存储电池组运行过程中的重要信息,与外部设备如控制器交换信息,解决锂电池系统中安全性、可用性、易用性、使用寿命等关键问题。

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