電池之間的個(gè)區(qū)別是有電池和二次電池。電池是不可充電的，而二次電池是可充電的。每個(gè)電池系統(tǒng)都有其化學(xué)特性，市場(chǎng)上的動(dòng)力電池品種也很多。由于本文的重點(diǎn)主要是二次電池，因此表 1 總結(jié)了常用電池的重要特性。

對(duì)環(huán)境造成的影響重度鎘污染重金屬污染相對(duì)較低

安全好的好的中等的

生產(chǎn)成本低的高的

表 1：常用電池的特性

鎳鎘 (NiCd) 電池的開發(fā)已有一個(gè)多世紀(jì)的歷史。它們以相對(duì)便宜和堅(jiān)固而聞名，并因其高容量、易于維護(hù)和低成本而被廣泛采用。平均電池電壓約為 1.2 V。這些特性使得鎳鎘電池在電動(dòng)工具中非常受歡迎。能量密度和比能量相對(duì)較低，這是鎳鎘電池的缺點(diǎn)。此外，鎳鎘電池還存在所謂的“記憶效應(yīng)”。，鎘的使用導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問題。

與鎳鎘電池不同，鎳氫電池于1990年推出，具有更高的能量密度和比能量。鎳氫電池已廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)和剃須刀等領(lǐng)域。它們還在記憶效應(yīng)和金屬污染方面帶來了改進(jìn)。與鎳鎘電池相比，鎳金屬電池的缺點(diǎn)是自放電率較高，對(duì)過度充電的耐受性較差，并且充電過程更加復(fù)雜。

與鎳基電池相比，鋰離子電池具有更高的倍率、更高的能量密度和更長的循環(huán)壽命。此外，鋰離子電池還具有平均工作電壓高達(dá) 3.6 V 的優(yōu)勢(shì)。鋰離子電池的自放電率也比鎳基電池低得多。它們也不會(huì)受到記憶效應(yīng)的影響，并且與鎳基電池相比，提供大電流（以 C 速率表示）的能力較差。過度放電鋰離子電池會(huì)導(dǎo)致循環(huán)壽命縮短。如果不采取進(jìn)一步的預(yù)防措施，鋰離子電池過度充電會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)情況，甚至可能導(dǎo)致電池火災(zāi)或爆炸。因此，一般來說，鋰離子電池不允許過度充電和過度放電。

根據(jù)所使用的正極，LiFePO 4、LiMn 2 O 4、NCM和鋰離子電池有多種，在充電速率、安全性、成本、充電、放電和環(huán)境影響方面提出了不同的性能水平。應(yīng)用包括筆記本電腦、手機(jī)和電動(dòng)汽車電池。

動(dòng)力電池的性能對(duì)于市場(chǎng)接受度至關(guān)重要。例如，當(dāng)談到電動(dòng)汽車時(shí)，能量密度是一個(gè)關(guān)鍵因素。與鎳基電池相比，鋰離子電池具有更高的能量密度、功率密度和壽命，未來更有前景。目前正在進(jìn)行研究以改善電池的不同方面，即成本、充電率和安全性。

選擇電池時(shí)還需要考慮許多其他方面，聽取 FAE 或的建議。您可以隨時(shí)聯(lián)系艾睿電子當(dāng)?shù)氐?BMS 和電池來幫助您。

應(yīng)防范的危險(xiǎn)

BMS 用于調(diào)節(jié)和監(jiān)控電池的充電和放電。有幾個(gè)特性需要監(jiān)控，包括溫度、電流、電壓、電池類型、高壓系統(tǒng)中的隔離、充電狀態(tài) (SOC)、健康狀態(tài) (SOH) 和極高電流。所有這些監(jiān)測(cè)值對(duì)于 BMS 的任務(wù)都是必需的。原則上，BMS 適合化 SOC、優(yōu)化 SOH 并通過將值保持在給定窗口內(nèi)來保護(hù)電池免遭深度放電和過壓，如圖 1 所示。

圖 1：鋰離子電池 (NMC) 的操作窗口

過壓和欠壓保護(hù)（電池平衡）

在多節(jié)電池中，電量的電池決定了整個(gè)系統(tǒng)的容量。如圖 1 所示，如果電壓低于或高于電池設(shè)計(jì)的閾值電壓，電池將遭受不可逆的損壞。如果電壓較低，陽極銅會(huì)溶解。如果電壓較高，就會(huì)發(fā)生鋰鍍層，如果電壓升高得更多，電池就會(huì)開始放氣并著火。

電池平衡通常由具有高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的集成電路 (IC) 執(zhí)行。電池平衡的主要類型有主動(dòng)平衡和被動(dòng)平衡。在主動(dòng)平衡中，單個(gè)電池的較高電荷可以傳輸?shù)搅硪粋€(gè)單個(gè)電池，而在被動(dòng)平衡中，電荷在電阻器的幫助下消散。各個(gè)電池控制器可以執(zhí)行特定的、特別是節(jié)能的內(nèi)務(wù)管理功能，例如功能安全所需的定期電池測(cè)量和狀態(tài)分析，獨(dú)立于主 BMS 控制器。過壓或欠壓信號(hào)的安全功能會(huì)自動(dòng)觸發(fā)。

過放保護(hù)/低壓切斷

過放電保護(hù)，也稱為低壓截止，是許多（通常是所有鋰離子）電池組都具有的重要安全功能。它的目的是防止電壓降到一定水平以下。

電池深度放電的后果是多種多樣的，但幾乎在所有情況下，它都會(huì)導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的損壞。例如，生命周期性能降低甚至熱失控都可能導(dǎo)致火災(zāi)。

因此，不同的細(xì)胞化學(xué)物質(zhì)具有不同的安全操作范圍。一般來說，我們使用 IC 來確定安全工作范圍，并為應(yīng)用中的電池/電池組提供必要的保護(hù)。

短路保護(hù)

當(dāng)電池發(fā)生短路時(shí)，需要進(jìn)行過流保護(hù)。這會(huì)導(dǎo)致極端的放電行為；因此，存在大電流，電池迅速升溫并發(fā)生熱失控事件。

電池保護(hù)有三種方式：熱熔斷器、熱熔斷器和斷路器。 BMS 制造商可以根據(jù)所需的安全級(jí)別在一個(gè)系統(tǒng)中使用一項(xiàng)或所有功能。

當(dāng)電池組達(dá)到一定溫度水平時(shí)，熱熔斷器就會(huì)啟動(dòng)。在電動(dòng)汽車等高壓系統(tǒng)中，此功能通常由數(shù)字處理器激活，而在低壓應(yīng)用中，可以根據(jù)預(yù)定義的閾值自行觸發(fā)此保護(hù)。

在人類可能受到傷害的環(huán)境中，防火和防爆尤為重要。因此，數(shù)字觸發(fā)的高溫保險(xiǎn)絲發(fā)揮了作用。保險(xiǎn)絲連接到高壓路徑的負(fù)極或正極或兩者上。保險(xiǎn)絲被觸發(fā)作為一道防線，以防止對(duì)電池造成重大損壞。

在卡車等特殊環(huán)境中，服務(wù)連續(xù)性很重要，我們傾向于使用更復(fù)雜和更昂貴的解決方案。基于背靠背SiC MOSFET 的斷路器是保護(hù)電池組系統(tǒng)在短路情況下免受損壞的一種可能方法。該解決方案的缺點(diǎn)是價(jià)格和尺寸。其功能與熱熔保險(xiǎn)絲相同，但可以在事件發(fā)生后打開。

過流保護(hù)

如前所述，電池在電流的幫助下達(dá)到平衡。根據(jù)電池的充電能力，該電流在 100 mA 和 500 mA 范圍內(nèi)。過流保護(hù)是平衡IC不得超過的特定電流限制。大多數(shù)情況下，此限制可以單獨(dú)設(shè)置，有助于保護(hù)電池免受不可逆轉(zhuǎn)的損壞、火災(zāi)或爆炸。

電流消耗取決于環(huán)境溫度，定義閾值時(shí)應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。此外，必須將電流水平限制設(shè)置為低于實(shí)際電池電流消耗水平。一般情況下，該級(jí)別的充電附加安全系數(shù)為2~3。在電流波動(dòng)較小的情況下，可能會(huì)誤觸發(fā)BMS過流保護(hù)。為了防止系統(tǒng)這樣做，一些 BMS 具有稱為遲滯和數(shù)字濾波器的功能。

熱失控保護(hù)

根據(jù)所使用的化學(xué)成分，電池可支持高達(dá) 60°C 的溫度。熱電池的溫度會(huì)擴(kuò)散到相鄰電池，整個(gè)電池組會(huì)立即升溫。熱量會(huì)引發(fā)連鎖反應(yīng)，通過不同的化學(xué)反應(yīng)釋放出易燃?xì)怏w，從而使整個(gè)電池組著火。

當(dāng)達(dá)到預(yù)定義的溫度閾值時(shí)，熱失控保護(hù)就會(huì)被觸發(fā)。它會(huì)關(guān)閉電池并防止電池進(jìn)入熱失控狀態(tài)。

BMS 的主要作用是保護(hù)電池并傳達(dá)電池狀態(tài)。需要防范的危險(xiǎn)種類繁多。綠色安全工作區(qū)域（圖 1）說明了電池可使用的有限條件。我們需要確保電池組不會(huì)在設(shè)計(jì)工作范圍之外使用。需要復(fù)雜而安全的機(jī)制來將電池保持在該區(qū)域并確保其對(duì)人類安全。 BMS 中使用的軟件部分是設(shè)計(jì)的重要組成部分，需要在項(xiàng)目早期階段予以考慮。 IC、架構(gòu)、軟件和電池組的選擇都會(huì)產(chǎn)生成本，如果沒有深入的了解，就很難做出“”選擇。