用于锂离子电池回收的电池监控技术

锂离子电池的应用正在许多工业市场中扩大。它们的使用使得有必要重新使用和回收电力存储技术。Panasonic Corp.开发了一种新的电池管理解决方案，可测量电化学阻抗，使其能够评估设备中锂离子电池的剩余价值。

锂离子电池在上市前需要数年的理论和实验研究。近年来，电池的效率，与它们的尺寸和重量相比，可以提供多少能量，已经大大提高。研究人员在继续提高功率密度、耐用性、成本、充电时间、安全性和回收利用方面面临更多挑战。通过电池监控集成电路 (BMIC) 或电池监控系统 (BMS) 进行电气性能监控是锂离子电池应用持续成功的关键。

传统的 BMIC 测量串联堆叠的 6 至 14 个锂离子电池的单个电池电压。通过使用多个BMIC，可以获取串联电池的电压数据，从而确保安全使用。此外，它通过估计充电状态 (SOC) 和健康状态 (SOH) 来计算剩余自主权和可用时间。BMS 管理整个锂电池阵列（单个电池或整个电池组），确定一个安全的工作区域，电池组在该区域内保证最佳的技术和能源性能。

“对于一般 BMS 设计人员来说，测量精度是最重要的。二是功能安全等安全设计。尤其是对于汽车客户而言，过去在汽车上的使用情况也很重要，”松下表示。

锂离子电池的一个重要测量参数是电化学阻抗。锂离子电池的电化学阻抗对温度变化非常敏感，需要在恒温室中进行测量。电化学阻抗谱是评估锂离子电池的一种无损方法，是实现锂离子电池重复使用的关键。

松下与立命馆大学的 Masahiro Fukui 教授合作开发了这项新技术。该公司开发了一种新的IC电池测试芯片（BMIC），而立命馆大学则使用具有实验技术的真实电池评估了性能。

新的电池管理技术可以使用交流励磁方法测量安装在运行设备中的锂离子堆叠电池模块的电化学阻抗。这是对未来锂离子电池可以重复使用和回收的可持续社会的答案。

交流励磁在带有精密放大器的电路布局中的工作方式类似；它可有利地用于传感器信号调理电路，以消除偏移误差，平均消除 1/f 噪声，并消除寄生热电偶的影响。由于对 1/f 噪声的敏感度降低，因此可以产生具有低得多的激励电流或电压的可识别输出信号。

电化学阻抗测量是通过 15 个模拟/数字转换器和一个具有 0.1 Hz 至 5 kHz 脉冲调制的交流励磁电路和一个集成在 BMIC 中的 V/I 转换电路获得的。因此，BMIC 可以测量正在运行的电池的电化学阻抗，而无需显着改变设计中实现的当前 BMS 的配置。

“这项技术广泛用于电池开发。我们认为，剩余价值评估和寿命终止确定对于电池再利用很重要，”松下表示。

“立命馆大学，”该公司继续说，“拥有评估实际电池的技术和设备，以及分析所得结果的知识。我们是半导体开发部门，对电池评估知之甚少。因此，我们与立命馆大学合作。此外，我们认为 LSI 的性能可以通过与松下以外的第三方机构进行评估来客观地评估。”

通过测量奈奎斯特图来通过电化学阻抗谱估计状态：这是复平面上的交流阻抗和频率的复表示。立命馆大学使用松下开发的 BMIC 和测量软件测量了圆柱形锂离子电池单元，确认了新技术在 1 Hz 至 5 kHz 范围内的准确性。

锂离子电池是未来能源流动和节约形式的关键技术。它们的大规模生产正在增加，主要是由于电动汽车的趋势。提供高性能所需的主要挑战是更大的自主性、高充电速度和降低维护成本，保证完全的生态可持续性。

Panasonic 采用的技术是基于通过电流源引入扰动。这项技术将在使用具有许多串联堆叠的锂离子电池模块的应用以及下一代电动汽车中得到广泛应用。