鋰電池使用壽命-讀懂鋰電池BMS電池管理系統重要性

        太陽能供電系統中，有一個很重要的模塊部分，那就是鋰電池，它在整套電源系統中涉及到充電-存電-放電環節，并且作為太陽能供電系統的儲存設備，因此，鋰電池使用壽命長短成為大家密切關注的話題。

       那么，鋰電池使用壽命到底受什么因素影響呢？

      鋰電池使用壽命主要受兩方面影響，一個是外部使用條件，一個是內部電芯的因素。

       從外部使用條件來看，影響鋰電池使用壽命的因素主要包括充放電方式、充放電截止電壓、充放電倍率、使用溫度以及擱置條件。

從內部電芯因素來看，太陽能供電系統上鋰電池的使用往往是電池組的形式，電池組一般都是將成百上千只電芯單體串并聯，單體一致性是影響使用壽命的另一重要因素。主要表現為電壓、容量、內阻等參數的不一致性。

電池外部使用條件對鋰電池使用壽命的影響

       充放電方式：目前鋰電池在充電方法的研究方面，大多是基于馬斯理論開展的，即讓充電電流盡量接近馬斯理論的“最佳充電曲線”，不對電池造成傷害。有研究者對常見的幾種充電方法做了全面的對比，發現恒流恒壓充電以及階梯恒流充電法克服了恒流充電和恒壓充電的缺點，這種充電方式對電池損害最低，可廣泛使用。

       充放電倍率、充放電截止電壓：不同的充放電倍率下，鋰電池循環相同時間后，鋰電池容量衰減損失率不同。改變充放電截止電壓后，經過測試發現，電極材料的結構也發生了改變。而正極材料結構的改變和負極表面膜增厚會導致鋰離子數量的減少及擴散通道阻塞，從而引起電池容量衰減。

      使用溫度：不同的鋰電池有不同的最佳使用溫度，過高或過低的溫度都會對電池的使用壽命產生影響。研究表明，在常溫下循環電池的容量衰減較為緩慢，而在55℃和65℃高溫條件下，電池表現出很快的失效行為。當溫度低于－10℃時，電池的容量急劇衰減，同時，低溫下，鋰電池的性能也會變差，這與電解液的離子電導率降低以及電極材料有關。

      擱置條件：鋰電池在擱置不使用的條件下，會由于電池本身的性質發生自放電、正負極材料鈍化、電解液分解等情況。而負極SEI性能不穩定會導致負極活性材料快速衰退，并容易產生鋰金屬析出，同時不同的電解液組份對電極材料的衰退影響程度不同。

內部電芯單體不一致性對鋰電池使用壽命的影響

       單體的不一致性，主要表現為電壓、容量、內阻等參數的不一致性。不一致的單體電池串并在一起使用，電池組的壽命永遠小于壽命最短的單體電池的壽命。類似“木桶原理”，電池組的壽命，由壽命最短的單體電池決定。很大可能性，壽命最短的單體電池，就是那個容量小的電池。小容量電池，每次都是滿充滿放，出力過猛，很大可能最先到達壽命的終點。一個單體電池壽命終結，一組焊接在一起的電池組，也就跟著壽終正寢。

如何保障電池使用壽命，壽命不長是怎么回事？

       所以，了解了鋰電池使用壽命的影響因素后，解決這些問題，就能提高鋰電池的循環使用壽命。

       太陽能供電系統，提供太陽能供電系統專用電源系統，更好得保障安全、高效、穩定。太陽能供電系統專用電源系統包括高效太陽能電池板，MPPT充電控制器、智能磷酸鐵鋰電池，穩定逆充一體機、直流-直流雙電池充電器、智能APP等。 

       我們常常在鋰電池的各類產品介紹里看到“BMS”這個字眼，BMS即Battery Management System電池管理系統，大家也叫它“電池保護板”，它是電池的核心。可以這么說，如果把電池比作人體，那么BMS電池管理系統就是支配其身體運作的大腦。

那么，BMS電池管理系統到底有哪些特殊，就擔任了如此重要的職能呢？

BMS的主要作用是什么？

       BMS電池管理系統，主要負責控制電池的充電和放電以及實現電池狀態估算等功能，實現電池狀態監測、電池狀態分析、電池安全保護、能量控制管理、電池信息管理。

       它可以實時采集、處理、存儲電池組運行過程中的重要信息，與外部設備如控制器交換信息，解決鋰電池系統中安全性、可用性、易用性、使用壽命等關鍵問題。主要作用是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監控電池的狀態。通俗的講，就是一套管理、控制、使用電池組的系統。

為什么鋰電池要有BMS？

      眾所周知，BMS電池管理系統主要是出現在鋰電池中。鉛酸電池一般不具備這套管理系統。

鋰電比鉛酸電池需要多一個BMS電池管理系統來保護電芯，為什么？

      鋰電池（可充型）之所以需要保護，首先這與他們本身的材料特性有關。

鉛酸電池電芯正極板材料是二氧化鉛（PbO2）；負極板材料是海綿狀純鉛（Pb）。比較厚的材料還有隔板、殼體。由耐酸、耐熱、耐震、絕緣性好并且有一定力學性能的材料制成。電解液由純硫酸和蒸餾水按一定比例配制而成。

        鋰離子電池主要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作，鋰離子電池使用一個嵌入的鋰化合物作為一個電極材料。目前用作鋰離子電池的正極材料常見的有：鋰鈷氧化物（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、鎳酸鋰（LiNiO2）及磷酸鋰鐵（LiFePO4），實際用于鋰離子電池的負極材料一般都是碳素材料，如石墨、軟碳(如焦炭等)、硬碳等。

       材料上講，鋰電池的鋰比鉛酸電池的鉛，屬性更為活躍，鋰電池負極材料是可燃物，如果要達到鉛酸電池同等安全性，鋰電池電芯需要把隔板、殼體等材料做到更堅固、更厚，這樣一來鋰電池就要比鉛酸電池更重體積更大，顯然，人類的智慧不允許這樣的事情發生。

       其次，盡管鋰電池比其他種類的電池有更多的優點，但同樣會受到電芯材料和目前制作工藝等因素的限制，導致單節鋰電池之間往往存在著內阻、容量、電壓等差異，所以在實際應用中，電池組內部各單體電池容易出現散熱不均或過度充放電等現象。時間一長，這些處于不良工作狀態下的電池就很可能提前損壞，電池組的整體壽命也就大大縮短。   

       最后，如果電池處于嚴重過充狀態，還存在爆炸的危險，造成電池組損壞的同時還對使用者的人生安全造成威脅。

因此，鋰電池需要配備一套具有針對性的電池管理系統，從而對電池組進行有效的監控、保護、能量均衡和故障警報，進而提高整個動力電池組的工作效率和使用壽命。

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