鋰離子電池的應用正在許多工業(yè)市場中擴大。它們的使用使得有必要重新使用和回收電力存儲技術。Panasonic Corp.開發(fā)了一種新的電池管理解決方案，可測量電化學阻抗，使其能夠評估設備中鋰離子電池的剩余價值。

鋰離子電池在上市前需要數(shù)年的理論和實驗研究。近年來，電池的效率，與它們的尺寸和重量相比，可以提供多少能量，已經(jīng)大大提高。研究人員在繼續(xù)提高功率密度、耐用性、成本、充電時間、安全性和回收利用方面面臨更多挑戰(zhàn)。通過電池監(jiān)控集成電路 (BMIC) 或電池監(jiān)控系統(tǒng) (BMS) 進行電氣性能監(jiān)控是鋰離子電池應用持續(xù)成功的關鍵。

傳統(tǒng)的 BMIC 測量串聯(lián)堆疊的 6 至 14 個鋰離子電池的單個電池電壓。通過使用多個BMIC，可以獲取串聯(lián)電池的電壓數(shù)據(jù)，從而確保安全使用。此外，它通過估計充電狀態(tài) (SOC) 和健康狀態(tài) (SOH) 來計算剩余自主權和可用時間。BMS 管理整個鋰電池陣列（單個電池或整個電池組），確定一個安全的工作區(qū)域，電池組在該區(qū)域內(nèi)保證最佳的技術和能源性能。

“對于一般 BMS 設計人員來說，測量精度是最重要的。二是功能安全等安全設計。尤其是對于汽車客戶而言，過去在汽車上的使用情況也很重要，”松下表示。

鋰離子電池的一個重要測量參數(shù)是電化學阻抗。鋰離子電池的電化學阻抗對溫度變化非常敏感，需要在恒溫室中進行測量。電化學阻抗譜是評估鋰離子電池的一種無損方法，是實現(xiàn)鋰離子電池重復使用的關鍵。

松下與立命館大學的 Masahiro Fukui 教授合作開發(fā)了這項新技術。該公司開發(fā)了一種新的IC電池測試芯片（BMIC），而立命館大學則使用具有實驗技術的真實電池評估了性能。

新的電池管理技術可以使用交流勵磁方法測量安裝在運行設備中的鋰離子堆疊電池模塊的電化學阻抗。這是對未來鋰離子電池可以重復使用和回收的可持續(xù)社會的答案。

交流勵磁在帶有精密放大器的電路布局中的工作方式類似；它可有利地用于傳感器信號調(diào)理電路，以消除偏移誤差，平均消除 1/f 噪聲，并消除寄生熱電偶的影響。由于對 1/f 噪聲的敏感度降低，因此可以產(chǎn)生具有低得多的激勵電流或電壓的可識別輸出信號。

電化學阻抗測量是通過 15 個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和一個具有 0.1 Hz 至 5 kHz 脈沖調(diào)制的交流勵磁電路和一個集成在 BMIC 中的 V/I 轉(zhuǎn)換電路獲得的。因此，BMIC 可以測量正在運行的電池的電化學阻抗，而無需顯著改變設計中實現(xiàn)的當前 BMS 的配置。

“這項技術廣泛用于電池開發(fā)。我們認為，剩余價值評估和壽命終止確定對于電池再利用很重要，”松下表示。

“立命館大學，”該公司繼續(xù)說，“擁有評估實際電池的技術和設備，以及分析所得結(jié)果的知識。我們是半導體開發(fā)部門，對電池評估知之甚少。因此，我們與立命館大學合作。此外，我們認為 LSI 的性能可以通過與松下以外的第三方機構(gòu)進行評估來客觀地評估?！?

通過測量奈奎斯特圖來通過電化學阻抗譜估計狀態(tài)：這是復平面上的交流阻抗和頻率的復表示。立命館大學使用松下開發(fā)的 BMIC 和測量軟件測量了圓柱形鋰離子電池單元，確認了新技術在 1 Hz 至 5 kHz 范圍內(nèi)的準確性。

鋰離子電池是未來能源流動和節(jié)約形式的關鍵技術。它們的大規(guī)模生產(chǎn)正在增加，主要是由于電動汽車的趨勢。提供高性能所需的主要挑戰(zhàn)是更大的自主性、高充電速度和降低維護成本，保證完全的生態(tài)可持續(xù)性。

Panasonic 采用的技術是基于通過電流源引入擾動。這項技術將在使用具有許多串聯(lián)堆疊的鋰離子電池模塊的應用以及下一代電動汽車中得到廣泛應用。