标签: 电池组

电池由一串串联和并联电池组成。 每个串联电池；或者并联电池组需要过压，过度放电和短路保护。 TI 的锂离子保护系列器件使用 BiCOMS 制造工艺，不同的电压阀值，小于 3.5µA 的睡眠流耗，精确内部均衡阀值和短路保护来提供这种保护。 德州仪器TI推出：bq27505单体电池电量监测计 IC，同时推出bq27541，该器件可通过 SHA-1/HMAC 认证算法实现安全的电池组确认。在电池老化、温度异常以及放电等各种工作条件下，Impedance Track 技术可准确即时地预测电池容量。 凹凸科技推出OZ8806芯片，对单体电芯电池进行电量计算，以及对其基本特性进行实时检测。系统可通过自带的I2C通讯总线对电池的相关信息进项在线访问。兼容SMBUS串行通讯接口。 雷卯（LEIDITECH）推出低压低电容低漏流ESD，体积小(0402/0603)，电压齐全，能保护IC和通讯总线正常运转。型号如：ESDA33CP， SDA1211CDN, SDA2411CDN, SDA3611CDN.  SDA1211CBP,  SDA1211CBP.   ESD符合电性： IEC 61000-4-2 Level 4 (ESD) --30kV IEC 61000-4-4 (EFT) -- 40A (5/50ηs) IEC 61000-4-5 (Lighting) -- 5A (8/20μs)

Klas Björck M egger产品经理   蓄电池应用在多种类型的安装工程中发挥了关键作用 – 如变电站的跳闸电池，和作为数据中心和工业上不间断电源系统UPS的电源。几乎在所有应用中，电池的意外故障影响深远，并會带来非常昂贵的影响。事实上，这些电池故障如果发生在输变电网或核电站，后果更不可想象，所需代價可能上数百万​至千万元。   为了避免此类事件发生，毫无疑问，最好的方法是定期检查电池。现时已发展出多项技术，令检查方法越来越方便。在这些方法中，放电测试能提供最准确、最可靠的电池状况信息；虽然，阻抗测试－一种于每次放电测试相隔期间的常规监测电池状态测试，也可以快速轻松地进行。   普遍来说，放电测试是决定是否需要更换电池的最佳方法，但这种测试却存在着重要的限制－检测结果只能监察到一整组电池的状况，却不能反映组内个别电池单元的情况。   这表示在某些重要的应用中，如发现电池组有故障，则只能将整个电池组全部更换。这无疑是最有效的补救办法，但是，故障原因可能只局限于一或两个故障的电池单元而已。从成本角度考虑，这样的效率非常低，而且也对环境造成影响，因为制造电池的材料并不环保。   最需要的是怎样针对有缺陷的电池单元，以及测试设备制造商怎样能为此情况设计出合适的检测仪器。这类仪器的操行模式非常直接了当－只需于放电测试时监控电池组内各电池单元的电压即可。检测时与出厂规格和参数作比较，如发现任何电池单元的输出电压出现急速下降，即可迅速确认为故障，并需立即更换。    使用分析软件同时监测多个电池单元可迅速找出 电池组的 弱点    尽管这些电池单元的操作原理非常简单，在执行上各制造商差异很大。例如，许多电池监控设备的设计是永久性安装在电池组的，如果需要测试和监控多个电池组时，这将会非常昂贵。其他电池单元监测设备接线和操作步骤则十分繁琐，有些则会限制了电池单元的数目等等。   最理想的解决方案是模块式组合系统，采用每单元配合一个电压监控模块，通过简单的箝入式方法把各模块连接起来。整组模块将与同一个软件通信，用作分析检测结果和识辨故障单元。当然，这些模块必须很容易地连接到电池单元，可能使用弹簧式连接器，以配合不同类型的复杂应用。   这种构思已由 Megger 新的BVM电池电压监测系统 所采用。此系统允许最多同时监测120 个电池单元，适合用于大规模的电池组，特别是那些用在变电站及类似的应用。在这系统中，每个模块使用单电缆菊花链连接起来，并使用标准的计算机和提供的软件记录和分析结果。这测试符合 IEC 测试方法标准，以及完全符合自然环境研究理事会NERC和联邦能源管制委员会FERC的要求，保证适合大多数的重要应用。   使用这类型的单元式监控系统，只稍微增加了测试电池的成本，并未对进行测试所需的时间有明显影响。但它确实提供了宝贵的额外信息，识辨出有缺陷的电池单元并替换，令整个电池组恢复正常。   不过这种方法不能永无止境地继续。电池最终也将会老化而必须完全更换。然而，经常地监测电池单元和更换个别有缺陷的单元可让电池组的寿命大幅延长，达到节省成本和减低因废弃电池所造成的潜在环境影响。 

  原文的题目005_《 Energy Storage Systems for Electric Vehicles 》，作者为 Benedikt Lunz 。      此份材料，简要的描述了开发一个车载电池包的主要步骤，内容介绍相对比较翔实。覆盖了一些内容，可以作为一份参考的材料，可以沿着这些细枝，进一步补充和填充材料，将开发过程，特别是系统设计这块细化。

今天听了CADFEM的一位前辈的2个小时的交流会（这是其 seminar ：Battery Simulation 3天版的一个摘要），主要介绍CADFEM在ANSYS下做的电池组热分析的一些工作，虽然没有拿到其PPT但是根据这个公司在网上可见的材料聊聊他们做的工作。   CADFEM、ZSW和Lionsmart三家受了德国ZF的资助，对（泛锂）电池进行了热方向的建模。CADFEM主要的工作，是把电池包的内部散热通 过简化的方法进行处理，这种MOR的方法，我个人没有搞太明白，应该是一种将多自由度通过处理后简化的方法。ANSYS就是做这个事情滴，由于本人没有特 别的基础，因此避过这一块。   MOR方面的资料，可见 此链接 ，可谓资料丰富。     此图可谓相对清晰，它们采用了三种基本的电池模型来分析问题   1.阻抗模型   2.Newsman的电池电化学方程（个人觉得对于现成的电池而言不可测）   3.推导的模型，由电池测试的特性测试结果，进行逆向工程得到电化学方程的20多个输入函数（个人觉得也是比较夸张的事情，持保留意见）   在上图中，右半部分的两个模型就是模型1和模型3。   左边的两个模型是一维的模型，和流体模型。为此该公司做了一个很大的铝板，然后在上头贴了99块聚合物电池： 由此可以得到这样一个循环：电池工作状态=》产热=》引起电池温度状态变化=》产热变化；从而得到电学和温度的迭代反馈反应： 由此，这个软件就可以比较简单的估算在某个LOAD下其温度情况： 我对所有的处理过程都没啥可说的，唯独对于建模过程还是持保留意见的，在其说明文档中有一页： 根据实验得来的，未必有很强的适用性。这点在各种不同的电池上面尤其明显。但是我从内心中敬佩这家公司，它可以为电池组的散热设计和电动车/混动车 的散热设计提供一个相对精确的快速验证方法。在这个基础上，再次进行实验后修正，可以大大节约钱和时间，这说不定是一个很好的法子。   参考文献： System Level Battery Thermal Behavior Study Electro-thermal simulations for batteries Thermal and Mechanical System Simulation Effective Electrothermal Simulation for Battery Pack and Power Electronics in HEVEV

接上篇： 《电池（组）管理单元分析1》 电池组管理单元的另外一项重要功能就是决策和保护。 B.保护 这里所说的保护，其实并不是指锂电池内部的保护单元。在单体的保护过程中，内部的器件起到了很大的作用。 《电动车的安全性_锂电池结构与安全_1》 《电动车的安全性_锂电池结构与安全_2》   这方面写过两篇文章，但是并不完整，在梳理完成后，将会努力补上3，更全面的表征单体电池的安全性的问题。同时有必要整理出来，锂电池的失效的问题。 这张图片比较提纲挈领一些，后续将梳理并且求证。 总体而言，保护的事项包括 过压Over voltage：发生在过充电的时候的情况。 欠压Under voltage：发生在超过了允许的放电深度条件下的过放电的情况。 环境温度的过高和过低High/low ambient temperature：在外部环境温度的监测，其实也是电池包内部的空气温度，这是一个重要的参量。 单体的低温和高温（Over-temperature=》OverheatingUnder-temperature）：与环境温度略有不同的是，单体的温度将直接影响其性能，并且在大多数的情况下它与环境温度有着比较大的差异。极限的情况是超过了单体的最高温度，将会引起很大的隐患。 电池内部气压（Pressure build up inside the cell）：由于电解液的挥发，电池内部的气压因素往往不容易探测，这个问题往往通过气压阀来解决。电池封装设计的不同，将会影响这个问题，BMS一般不会关注这个问题，镍氢电池除外。 电池的绝缘电阻检测（System isolation in case of an accident）：严格意义上，这个应该算是划分至系统保护中的一项功能，监测整个电池包的绝缘强度。 电池单体内部短路和连接外部短路（Short circuit）：电池的短路将会引起很大的问题，这包括串联的module短路和内部的某个并联的电池短路，当然效果是一样的。 滥用（Abuse）：这个含义很广，需要进行单独的展开。 整体而言，电池的安全性的问题本质在于，它蕴含了大量的能量，必须在很短的时间内进行保护处理。 这里再次引用前面的一张图： 这张图的含义为：红色区域是电池永久损坏的区域，绿色区域是电池安全运行的区域，白色区域是必须要使用的安全余量。 根据这张图的含义，可采取几种方法来配置。 1. 热熔丝（Thermal Fuse）：这种熔丝可配置在电池内或者电池极柱连接出来的地方，属于永久性保护的不可恢复的保护手段，以一定的温度为阈值，当然这个阈值可能存在一定的偏差。（我从来没有写过熔丝方面的东西，在SJB智能接线盒设计中，这个是非常重要的，尽快补上） 2.热敏电阻（Thermistor）：一般集成在电池内部，通常使用PTC并且在前面的文章有涉及。它同时具备缓冲和监测的功能，既能直接对电池进行调整也能向外传达信息。 3.自恢复的保险丝（Resettable Fuse= PPTC (Polymeric Positive Temperature Coefficient)） 这种保险丝可以通过其等效电阻的自发热或者从环境的热量传导和对流两种不同的方式，可以应对过流和过热两种不同的情况（在图例上半边是应付过热，下半边是应付过流）。TYCO有着这项完整的技术，相应的成本也要比普通的熔丝高一些。 4.传统的熔丝 传统熔丝的缺点是相应比较慢，在电池的应用上有着绝对的风险。 5.电子装置 其实这是必备的一种，采用电子手段监测电流并且运用电子开关进行切断的方法。继电器和功率开关这是仅有的两项选择，前者控制起来不太容易价格也不低；后者在这么大的功率下成本很高，压降比较大，目前暂不可行。 注意：所有不同阳极材料和阴极材料，其特性有着较大的不同。使得控制的阈值和限制都仅仅对某一种材料有用，这使得开发BMS有着很大的分散性和跨学科的特性。 这篇文章写得有点散，关于保护其实有更多的需要展开的，不过得等到失效模式和失效原因介绍以后，可能理解起来更容易。采取的方法可能需要进一步喜欢，就当作一个阶段性的文章吧。(完)