鋰電池保護板(BatteryProtectionCircuitModule,PCM或BMS)是鋰電池系統(tǒng)的中心組件,主要用于監(jiān)測和控制電池的充放電過程,防止過充、過放、過流、短路及溫度異常,從而延長電池壽命并確保使用安全。隨著鋰電池在消費電子、電動汽車、儲能系統(tǒng)及工業(yè)設備等領域的廣泛應用,保護板的技術也在不斷演進,以滿足更高能量密度、更嚴苛安全標準和智能化管理的需求。在早期發(fā)展階段,鋰電池保護板主要應用于手機、筆記本電腦等消費電子產(chǎn)品,功能相對簡單,只具備基礎的電壓和電流保護。隨著電動汽車(EV)和可再生能源儲能的興起,保護板的復雜度大幅提升,逐漸發(fā)展為電池管理系統(tǒng)(BMS),集成高精度電壓檢測、電流均衡、溫度監(jiān)控、SOC(StateofCharge)估算及通信功能(如CAN、UART等)。例如,在電動汽車中,BMS需要管理數(shù)百甚至數(shù)千節(jié)電芯,確保整組電池的穩(wěn)定性和安全性,同時優(yōu)化續(xù)航和快充性能。 動力鋰電池保護板和消費級保護板的區(qū)別?家用儲能鋰電池保護板效果
鋰電池保護板的被動均衡技術顧名思義,被動均衡就是將單體電池中容量稍多的個體消耗掉,實現(xiàn)整體的均衡。被動均衡又稱為能量耗散式均衡,工作原理是在每節(jié)電芯上并聯(lián)一個電阻,當某個電芯提前充滿,而又需要繼續(xù)給其他電芯充電時,通過電阻對電壓高的電芯以熱量形式釋放電量,為其他電芯爭取更多充電時間。由于被動均衡結構更為簡單,所以使用比較廣。但是被動均衡也有明顯的缺點,由于結構簡單制作成本低,采用電阻耗能產(chǎn)生熱量,從而會使整個系統(tǒng)的效率降低。并且均衡時間短,效果不佳,一般均衡時間都在充電周期末期。此外,只能對高電壓電池進行放電,無法對劣質電池進行改進。在適用場景上,被動均衡更適合于小容量、低串數(shù)的鋰電池組應用,可以釋放每顆電芯的儲能能力,實現(xiàn)電量的及時利用。 無人機鋰電池保護板系統(tǒng)鋰電池保護板的作用是保護電池不過放、不過充、不過流,和輸出短路保護。
造成鋰電池活性物質不可逆消耗的主要因素有:1)正極材料的溶解:正極材料的溶解造成正極活性物質減少,溶解的正極材料游離到負極時會造成負極界面膜的不穩(wěn)定,被破壞的界面膜再形成時會消耗鋰離子,造成鋰離子的減少。2)正極材料的相變化:鋰離子在電極間正常脫嵌時,總會伴隨著宿主結構摩爾體積的變化,結構不可逆轉變,影響顆粒與電極間的電化學接觸,造成容量衰減。3)電解液的分解:在鋰離子電池充電過程中,電解液對含碳電極具有不穩(wěn)定性,會發(fā)生還原反應。電解液還原消耗了電解質及其溶劑,對電池容量及循環(huán)壽命產(chǎn)生不良影響。4)過充電:電池在過充電時,不僅會造成負極形成鋰沉淀、電解液氧化和正極氧的損失,消耗活性物質導致容量不可逆損失,還會有安全危機。5)界面膜的形成:界面膜(SEI膜)的形成會消耗鋰離子,一般發(fā)生在起初的幾次充放電時。6)集流體的腐燭:鋰離子電池中的集流體材料常用鋁和銅,兩者的腐蝕會在表面形成膜,電池內阻增大,放電效率下降,從而造成電池壽命衰減。智慧動鋰電子是一家集鋰電池安全管理硬件、軟件及BMS系統(tǒng)方案于一體的綜合服務商。
在應用場景上,鋰電池保護板的身影遍布各行各業(yè)。在消費電子領域,手機、筆記本電腦、充電寶等設備的鋰電池組離不開保護板的守護,確保設備在日常使用中不會因意外情況損壞電池。在新能源領域,電動汽車、電動自行車的動力鋰電池組對保護板的要求更高,不僅需要精細的保護功能,還需具備高功率耐受能力和與整車控制系統(tǒng)的通信能力。在儲能領域,大型儲能鋰電池組的保護板則更注重長時間穩(wěn)定運行和多組電池的協(xié)同保護,以維護儲能系統(tǒng)的安全性和可靠性??梢哉f,鋰電池保護板是鋰電池安全應用的“守護神”。沒有保護板的鋰電池組如同“裸奔”,極易在充放電過程中因各種異常情況發(fā)生損壞,甚至引發(fā)火災、等嚴重安全事故。質量的保護板不僅能優(yōu)異提升鋰電池的安全性,還能延長電池的使用壽命,確保電池始終在比較好狀態(tài)下工作,為各類依賴鋰電池的設備提供穩(wěn)定、可靠的能源支持。隨著鋰電池技術的不斷發(fā)展,保護板也在向集成化、智能化方向演進,未來將具備更精細的監(jiān)測能力、更快的響應速度和更豐富的功能,進一步推動鋰電池在各領域的安全應用。 電池串數(shù)、電壓范圍、最大電流、均衡能力、通信接口和安全認證。
鋰電池保護板作為電池管理系統(tǒng)的重點組件,其設計初衷是解決鋰電池因化學特性導致的安全與性能衰減問題。鋰電池雖具備高能量密度、長循環(huán)壽命等優(yōu)勢,但其充放電過程對電壓、電流及溫度極為敏感:過充可能導致電解液分解、正極材料結構坍塌并釋放氧氣,進而引發(fā)電池鼓脹甚至不良反應;過放則會使負極銅箔溶解、電解液分解,導致電池內阻劇增且無法復原容量;而過流或短路時,電池內部焦耳熱積累可能觸發(fā)鏈式反應,造成熱失控。針對這些安全漏洞,保護板通過集成高精度操作IC、MOSFET功率開關及周圍監(jiān)測電路,構建多層級防護體系。操作IC作為“大腦”,以毫秒級響應速度持續(xù)采集電池組中各單體電壓、充放電電流及環(huán)境溫度,當檢測到異常時,通過驅動電路操作MOSFET的導通與關斷,實現(xiàn)電路的物理隔離。鋰電池工作原理是什么?無人機鋰電池保護板測試
響應快、占地面積小,適合電網(wǎng)調峰、家庭儲能等場景。家用儲能鋰電池保護板效果
BMS保護板的被動均衡技術。顧名思義,被動均衡就是將單體電池中容量稍多的個體消耗掉,從而實現(xiàn)整體的均衡。被動均衡又稱為能量耗散式均衡,工作原理是在每節(jié)電芯上并聯(lián)一個電阻,當某個電芯提前充滿,而又需要繼續(xù)給其他電芯充電時,通過電阻對電壓高的電芯以熱量形式釋放電量,為其他電芯爭取更多充電時間。由于被動均衡結構更為簡單,所以使用比較廣。但是被動均衡也有明顯的缺點,由于結構簡單制作成本低,采用電阻耗能產(chǎn)生熱量,從而會使整個系統(tǒng)的效率降低。并且均衡時間短,效果不佳,一般均衡時間都在充電周期末期。此外,只能對高電壓電池進行放電,無法對劣質電池進行改進。在適用場景上,被動均衡更適合于小容量、低串數(shù)的鋰電池組應用,可以釋放每顆電芯的儲能能力,實現(xiàn)電量的利用。智慧動鋰電子是一家集鋰電池安全管理硬件、軟件及BMS系統(tǒng)方案于一體的綜合服務商。 家用儲能鋰電池保護板效果