行業(yè)動態
說一說關於BMS的均衡功能
電芯均衡這個概念相(xiàng)信大家都接觸過,主要是(shì)因為目前的電芯一致性不夠好,需要通過均衡去改善(shàn)它,類似世界上找(zhǎo)不到兩(liǎng)片相同的樹葉一樣,你也找不到兩個相同的電芯(xīn)。所以說到底(dǐ),均衡是為了解決電芯的缺點,是一種彌補的手(shǒu)段,根本上是電池相關技術(shù)(例如成組技術)要發展、突破;而不是總想著在均衡技術上麵突破,想著怎麽提升均衡電流、提高(gāo)均衡效率。未來的(de)電芯是不(bú)需要均衡的,甚至都不需要BMS,我也就失業了(le)。
那麽電芯的不一致性(xìng)表現在哪些方(fāng)麵呢?
主要包(bāo)括四點(diǎn):SOC、內阻、自放電電(diàn)流、容量。但是均衡不能完全解決(jué)這4個差異點,均衡隻能彌補SOC的差異,順便(biàn)解決了自放電不一致的問題。但對於內阻和(hé)容(róng)量(liàng)來說,均衡是無能為力的。
那(nà)麽電芯的不一致是怎麽造成的呢?
主要是兩個方麵:一是電芯生產加工造成的(de)不一致性,二是電芯使用環境造成的不一致性。生產的不一致原因來源(yuán)於加工(gōng)的工藝、材料等因素,我這樣說起來比較(jiào)簡單,實際裏麵的(de)事情很複雜;環境的不一(yī)致性就容(róng)易理解了(le),由於每一個電芯在PACK中的位置不同,所以環境一定會有(yǒu)差異,比如溫度就會有細微的不同,長期累積後,造成電芯的不一致。
前麵提了,均衡是用來消除(chú)電芯的SOC差異,理想狀態下,它時刻保持每一個電芯的SOC相同(tóng),讓所有電芯同(tóng)步到達充放電的上下電壓限值,讓電池組可利用的(de)容量變大。SOC差異有兩種場景,一是電芯容量相同,而SOC不同;二是電芯(xīn)的容量不同,SOC也不同。
下圖是場景一,電芯的容量相同,SOC不同;其中SOC最小的電芯最先到達放電下限(假設25% SOC是下限),SOC最大的電芯最先到達充電上限;在均衡的作用下,所(suǒ)有電芯保(bǎo)持相同的(de)SOC進行(háng)充放電。
均(jun1)衡對於不同容量的電芯(xīn)(場景二),情況麻煩一些,如下圖,電芯的容量不同,SOC也(yě)不同;這樣容量最(zuì)少(shǎo)的(de)電(diàn)芯最先充滿(mǎn)電,也最先放完電;在均衡的作(zuò)用(yòng)下,所有(yǒu)的電芯(xīn)保(bǎo)持相同的SOC進行充放電。
所以均衡對於目前(qián)的電芯來講(jiǎng),是一個很重(chóng)要的功能(néng)。均衡功能的實現方案分為兩種,主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡;被動均衡就是用電阻放電(diàn),主動均衡就是讓電荷(hé)在電芯(xīn)之(zhī)間流動,其(qí)實(shí)關於這兩種的叫法(fǎ)也有一些爭議,不做展開(kāi);其中被動均衡在現實中應用的比較多,而主動的(de)較少。
對於被動均衡來講(jiǎng),BMS的均衡(héng)電(diàn)流大小該怎麽決定呢?不負責任地(dì)講,當然是越大(dà)越好了,不過考慮成(chéng)本(běn)、散熱、空間等(děng),需要做一個折中。
選擇(zé)均(jun1)衡電流之前要(yào)弄清造成SOC的差異是屬於場景一(yī)還是(shì)場景二,目前很多情況更接近(jìn)場景一:電芯開始時容量、SOC幾乎是一(yī)致的,但隨著使用,尤其(qí)是電芯的自放電差異,導致每個電芯的SOC逐漸不同,所以均衡的能力最起碼要能消除自(zì)放電差異帶來的影響。據此,下麵(miàn)是均衡電流的(de)計算公式,公式很簡(jiǎn)單。
如(rú)果所有(yǒu)電芯的(de)自放電一致,那麽也不需要均衡;但(dàn)如果不一致,自放電電流有差異時,就會造成SOC差異,均衡就是要(yào)彌補這(zhè)個自放(fàng)電電流差異(yì)。另外(wài),由於(yú)每天的(de)平均均衡時間是(shì)有(yǒu)限的,而自放電是每天(tiān)持(chí)續的,所以時間因素也要考慮進來。上圖是按照每天不同的均衡時間,畫出的關於均衡電(diàn)流與自放電電流差值的(de)一個圖。所(suǒ)以如果知道了電芯的自放電率,就可以計算出一個需要的均衡電流,不過這個(gè)計算結果是一個下限值,實際的均衡能力一定要大於(yú)這個值。
總結:
本(běn)文把涉(shè)及到均衡的前因(yīn)後果(guǒ)粗略介紹(shào)了一下,後麵提(tí)到了(le)被動均衡電流的計算,其實這個還是比較理想、粗略的值,實際情況更複雜,但它(tā)最起碼有理有據;通常見到的BMS上麵被動(dòng)均衡電(diàn)流在(zài)100mA左右,至於它的來曆(lì)很多是根據曆史經驗的,有(yǒu)點說不清楚。