随着电池在一系列应用中的使用越来越多，以保护用户和电池本身安全的方式设计电池至关重要。电池结构不正确会大大增加内部电池损坏的风险，这可能会造成严重后果。
在设计电池时，需要考虑两个核心要素（以及许多其他要素）：电池外壳和电池内部结构。正确掌握这两个要素可以降低风险，保护电池及其用户的健康和安全。
图 1. Vanguard 5kWh 商用电池组的内部结构。图片由 Bodo's Power Systems提供
设计电池外壳
电池设计的外部结构通常是产生所需功率输出的内部结构的事后考虑。专注于产生可与汽油和主电源机械竞争的电力，确保将电池存放在安全的外壳中是使其能够承受机器所处苛刻条件的基础。
图 2. Vanguard 5kWh 商用电池组。 图片由 Bodo's Power Systems提供
重型机械经常会经历剧烈的振动，这可能会影响机器的用户，而引入电池电源可以大大改善这一点。虽然以分贝为单位的声压通常会显着降低，但设备的严酷操作也可能会降低。由于机器的需求仍然相同，因此需要设计电池以承受这些力。
首先是一个沉重的铝制底座，用于吸收压力并与内部结构支撑一起工作，以在运行期间将电池保持在适当的位置。一旦电池单元固定好，就必须通过密封电池外壳来保护电气元件免受冲击和灰尘和水的进入，同时允许电池单元的关键通风。添加重型母线、连接器和接触器支持电池矩阵，使电池组能够承受物理条件，同时提供持久、强大的性能。
一旦经过精心设计，电池必须通过严格的建模和测试协议，包括冲击和振动，以确保电池在各种机械使用所需的苛刻条件下发挥作用。Briggs & Stratton 的电源应用中心经过精心开发，因此其经验丰富的应用工程师团队可以对实际客户产品进行建模、构建和测试，从而为所有类型的设备提供真实世界的开发支持和验证。
采用这种从头开始设计的方法，使 Briggs & Stratton 的 Vanguard 电池能够用于具有高振动、冲击、温度冲击和环境暴露要求的商业应用。
图 3. 扫描单个电池。 图片由 Bodo's Power Systems提供
关注外部需求和电池的预期用途对于了解所需外壳的尺寸及其保护内部电池结构的结构至关重要。设计不当的电池外壳将极大地影响电池的健康状况及其功率能力。
内部电池结构
在优质锂离子电池中，电池管理系统 (BMS) 在保护用户和电池本身的健康和安全方面发挥着至关重要的作用，最终降低了风险。BMS 附在电池外壳内的电池上，能够持续对电池的内部机制进行诊断。整理后的数据可以记录下来并传送给用户，包括温度、充电速度和充电状态等不同元素。结合BMS收集的统计数据，可以为用户保障电池安全，保护电池健康。
BMS 的作用不仅仅是收集数据，它本质上是控制电池所有功能的大脑。在最基本的情况下，它会评估与设备或充电器相关的电池；只有在正确连接并且满足环境条件和充电/放电参数时才允许能量流动。结合持续监控单个电池和电池组温度的热敏电阻，BMS 逻辑可防止超过电池充电或放电的安全限制。
图 4. 构建电路。 图片由 Bodo's Power Systems提供
BMS“电源地图”管理着安全、长寿命电池运行的所有规则和界限。Power Map 可根据环境和电池组温度、充电状态 (SoC) 和健康状态 (SoH) 优化充电和放电速率。这可以防止电池组在锂离子电池寿命最受影响的边缘区域运行。
BMS收集的数据大大增加了锂离子电池的操作窗口。通过仔细调整放电率以应对极端温度，它们可以在低至 -20˚C 的温度下使用。环境温度导致发生的化学反应需要以较慢的速度产生所需的功率输出。高效智能的 BMS 将能够计算较低的温度并仔细控制放电速率以避免损坏电池的阳极。如果没有有效的 BMS，在低温下使用可能会对电池造成损坏，从而缩短电池的长期寿命。
这也适用于在环境温度下充电。如果不控制充电速率，电池可能会损坏，因为锂离子会在称为锂电镀的过程中积聚在阳极上。有效的 BMS 可在极端温度下降低充电速率，以保护内部电池，避免影响性能速率。虽然这可能会导致用户的充电时间更长，但电池的健康状况得以保持，无论外部条件如何变化，其功率容量都可以保持恒定。
总的来说，BMS 对于保护电池的内部健康至关重要，因为它始终处于控制之中。通过持续监控多种标准，BMS 使电池以最安全、高效和健康的模式运行，从而保护电池和用户。
总之
总而言之，必须制造一种电池，而不仅仅是在外壳中形成一束电池。相反，电池需要专门设计以保证用户的工作效率和安全。虽然 Briggs & Stratton 的 Vanguard 电池的许多元素都隐藏在视线之外，但它们在持续监控众多因素以确保用户安全和电池健康以实现长期可靠的使用寿命方面发挥着至关重要的作用。