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电动汽车用锂离子电池容量大、串并联节数多，系统复杂，加之安全性、耐久性、动力性等性能要求高、实现难度大，因此成为影响电动汽车推广普及的瓶颈。锂离子电池安全工作区域受到温度、电压窗口限制，超过该窗口的范围，电池性能就会加速衰减，甚至发生安全问题。 目前，大部分车用锂离子电池，要求的可靠工作温度为，放电时-20~55°C，充电时0~45°C（对石墨负极），而对于负极LTO充电时最低温度为-30°C；工作电压一般为1.5~4.2 V左右（对于LiCoO2/C、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2/C、LiCoxNiyMnzO2/C以及LiMn2O4/C等材料体系约2.5~4.2 V，对于LiMn2O4/Li4Ti5O12 材料体系约1.5~2.7 V，对于LiFePO4/C 材料体系约2.0~3.7 V）。 温度对锂电池性能尤其安全性具有决定性的影响，根据电极材料类型的不同，锂电池（C/LiMn2O4，C/LMO，C/LiCoxNiyMnzO2，C/NCM，C/LiFePO4，C/LiNi0.8Co0.15Al0.05O2，C/NCA）典型的工作温度如下：放电在-20-55℃，充电在0-45℃；负极材料为Li4Ti5O12 或者 LTO时，最低充电温度往往可以达到-30℃。 当温度过高时，会给电池的寿命造成不利影响。当温度高至一定程度，则可能造成安全问题。如下图所示中，当温度为90~120℃时，SEI 膜将开始放热分解，而一些电解质体系会在较低温度下分解约69℃。当温度超过120℃，SEI 膜分解后无法保护负碳电极，使得负极与有机电解质直接反应，产生可燃气体。 当温度为130 ℃，隔膜将开始熔化并关闭离子通道，使得电池的正负极暂时没有电流流动。当温度升高时，正极材料开始分解（LiCoO 2 开始分解约在150 ℃，LiNi0.8Co0.15Al0.05O2在约160 ℃，LiNixCoyMnzO2 在约210℃，LiMn2O4 在约265℃，LiFePO4在约310℃）并产生氧气。 当温度高于200℃时，电解液会分解并产生可燃性气体，并且与由正极的分解产生的氧气剧烈反应，进而导致热失控。在0℃以下充电，会造成锂金属在负极表面形成电镀层，这会减少电池的循环寿命。 过低的电压或者过放电，会导致电解液分解并产生可燃气体进而导致潜在安全风险。过高的电压或者过充电，可能导致正极材料失去活性，并产生大量的热；普通电解质在电压高于4.5V时会分解。 为了解决这些问题，人们试图开发能够在非常恶劣的情况下进行工作的新电池系统，另一方面，目前商业化锂离子电池必须连接管理系统，使锂离子电池可以得到有效的控制和管理，每个单电池都在适当的条件下工作，充分保证电池的安全性、耐久性和动力性。 所以电池管理系统的主要任务是保证电池系统的设计性能，可以分解成如下三个方面： 1）安全性，保护电池单体或电池组免受损坏，防止出现安全事故； 2）耐久性，使电池工作在可靠的安全区域内，延长电池的使用寿命； 3）动力性，维持电池工作在满足车辆要求的状态下。 锂离子电池的安全工作区域如下图所示，称为锂离子电池的安全操作窗口， BMS系统由各类传感器、执行器、控制器以及信号线等组成，为满足相关的标准或规范，BMS应该具有的功能前面已经有描述，下面简单汇总一下： · 电池参数检测。 · 电池状态估计。 · 在线故障诊断。 · 电池安全控制与报警。 · 充电控制。 · 电池均衡。 · 热管理。 · 网络通讯。 · 信息存储。 · 电磁兼容。 对于具有几十个电池的电池系统，可能只有一个BMS控制器，或者甚至将BMS功能集成到车辆的主控制器中。对于具有数百个电池单元的电池系统，可能有一个主控制器和多个仅管理一个电池模块的从属控制器。 对于每个具有数十个电池单元的电池模块，可能存在一些模块电路接触器和平衡模块，并且从控制器像测量电压和电流一样管理电池模块，控制接触器，均衡电池单元并与主控制器通信。根据所报告的数据，主控制器将执行电池状态估计，故障诊断，热管理等。 电动汽车BMS软硬件的基本框架如下图。 |
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