標準鋰電池的電壓為 3.2V。要將這些單獨的電池變成安全的 12/24 或 48V 電池，需要鋰電池管理系統(tǒng)或 BMS。BMS 是一個與電池連接并監(jiān)控整個電池的電路板。出于安全原因，BMS 需要確保電池始終在已知限制內(nèi)運行，并在違反這些限制時積極響應。

為什么需要電池管理系統(tǒng) (BMS)：

收費

如果鋰電池過度充電，會縮短其使用壽命，甚至可能造成永久性損壞。因此，對于標稱電壓為 3.2 伏的 LiFePO4（磷酸鐵鋰）電池，您切勿將其充電至高于 3.65 伏，并且最好在系統(tǒng)中安裝一些裝置，以便在達到最大充電電壓 3.65 伏時關閉充電器。伏特。同樣，對于標稱電壓為 3.7 伏的 LiNCM 或 LiMn204（鋰聚合物）電池，充電時的電壓不應高于 4.2 伏，最好在系統(tǒng)中安裝一些裝置，以便在達到最大充電電壓時關閉充電器4.2伏。

放電

相反，LiFePO4 鋰電池不能在不損壞電池的情況下放電至 2.4 伏以下。因此，系統(tǒng)中必須有某種機制，當放電條件低于 2.4 伏時，該機制會自動節(jié)流并最終關閉電池組。如果該機制不在適當?shù)奈恢?，您可能會損壞電池組中的部分電池。該系統(tǒng)通常稱為電池管理系統(tǒng)或 BMS，或者對于一些較小的電池組（例如自行車），稱為 PCM。PCM（保護電路模塊）通常稱為 PCB（保護電路板），是一種無源系統(tǒng)，在低于 96 伏的電壓和永遠不會超過 200 安培的峰值電流下運行效果最佳。

平衡

將多個電池連接在一起來存儲電能有點像用一個由不同長度的木條制成的桶來存儲水。有些電池比電池串中的其他電池更能接受充電。當 LiFePO4 電池達到預定電壓（例如 3.65）時，必須有一種方法來分流來自最高充電電池的電流，并防止其過度充電，同時同一串中較弱的電池也能趕上。為了簡化這一點，我用木桶中的儲水類比，并將較長的木條表示為良好的電池，而較短的木條代表較弱的電池。這是BMS的第三個功能。良好的 BMS 會平衡所有電池，使它們大約在同一時間充滿電。這可能會顯示為所有板條長度相同的桶。無源 BMS 系統(tǒng)包含大型電阻網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡僅通過電阻網(wǎng)絡重定向充電電流，并在較弱電池的平衡達到其完全充電電壓水平時消耗多余的功率。 

廉價的 BMS 系統(tǒng)不會這樣做，它們只是在第一個電池接近 3.65 伏時關閉充電器。使用這些系統(tǒng)，電池組仍然可以用更大的電量充電，但這些廉價的系統(tǒng)無法實現(xiàn)這種情況。因此，在購買 BMS 系統(tǒng)時，為了節(jié)省幾美元，您可能會損失多達 20% 的電池組全部潛在容量。對于機動車輛來說，這可能會導致行駛里程的大幅損失。 

BMS 的第四個功能涉及保護和平衡電池，防止過度放電。如果電池在某種程度上不平衡，使得所有板條都相等（正確設計的 BMS 系統(tǒng)會做到這一點），那么當電池放電時，最弱的電池（在我的插圖中由桶中最短的板條表示）將達到其極限值。完全放電關閉點位于電池組其余部分之前。良好的 BMS 系統(tǒng)將保持所有電池的平衡，以便 LiFePO4 電池的最弱電池電壓不會低于 2.4 伏，而其他電池則可以耗盡其能量。同樣，良好的 BMS 系統(tǒng)也會保持鋰聚合物電池中所有電池的平衡，以便最弱的電池電壓不會低于 2.8 伏，而其他電池則可以耗盡能量。精心設計的 BMS 將確保所有電池在均勻存儲和放電方面接近相同。良好 BMS 系統(tǒng)的最后一個功能是監(jiān)視和控制電池或整個電池組內(nèi)的溫度。許多鋰化學物質(zhì)（如鋰鈷）如果過度充電或放電，可能會自燃。金屬火災非常熱，僅靠水甚至滅火泡沫都無法撲滅火焰。在所有鋰化學物質(zhì)中，磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 的揮發(fā)性最低，理論上不會燃燒。然而，極端高溫會損壞所有鋰電池并縮短其壽命。

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本文由日本NEC鋰電池中國營銷中心于2023-10-24 17:44:52 整理發(fā)布。
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