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說一說關於BMS的均衡功能
電芯均衡這個概念相信大家都接觸(chù)過,主要(yào)是因(yīn)為目前的電芯一致性不夠好,需要通過均衡(héng)去改善它,類似(sì)世界上找不到兩片相同的樹葉一(yī)樣,你(nǐ)也找不到兩個相同的電芯。所以說到底,均衡是為了解決電(diàn)芯的缺點,是一種彌(mí)補的手段,根本上是電(diàn)池相關技術(例如成組技術)要發展、突破(pò);而不是總想著在均衡技術上麵突破,想著(zhe)怎麽提升均衡電流(liú)、提高均衡效率。未來的電芯是不需要(yào)均(jun1)衡的,甚至都不需要BMS,我也(yě)就失業了。
那(nà)麽電芯的不一致(zhì)性表現在哪些方麵呢?

主要包括四點(diǎn):SOC、內阻、自放電電流(liú)、容量。但是均衡不能完全解決(jué)這4個差異點,均衡(héng)隻能彌補SOC的(de)差異,順便解決了自(zì)放電不一致的問題。但對於(yú)內(nèi)阻和容量來說,均衡是無能為力的。
那麽電芯的不一致(zhì)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不一致性,二是電芯使用環境造(zào)成的不一致性。生產的不一致原因來源於加工的工藝、材料等因素,我這樣說起(qǐ)來比較簡單,實際裏麵的事情很複雜;環境的不(bú)一致性就容易理解(jiě)了,由於每一個電芯在PACK中的位置不(bú)同,所以環境一定會有差異,比如溫(wēn)度就會(huì)有細微的不同(tóng),長期累積後,造成電芯的不一致。
前麵提了,均衡是用來(lái)消除電芯的SOC差異,理想狀態下,它(tā)時(shí)刻保持每一個電芯的SOC相同,讓所有電芯同步到達充放電的(de)上下電壓限值,讓電池組可利用的容量變(biàn)大。SOC差異有(yǒu)兩種場景,一是電芯容量相同,而SOC不同;二是電芯的容量不同,SOC也不同(tóng)。
下圖是場景一,電芯的容量相同(tóng),SOC不同;其中SOC最小的電芯最(zuì)先到達(dá)放電下限(假設25% SOC是下限),SOC最大的電芯(xīn)最先到達充電上限;在均衡的作用下,所有電芯(xīn)保持相同的SOC進行充放(fàng)電。

均衡對於不同容量的電芯(場景二),情況麻煩一些(xiē),如下圖,電芯的容量(liàng)不同,SOC也不同;這樣容量最少的電芯最先充(chōng)滿電,也最先放完電;在均衡的作用下,所有的電芯保持相同的SOC進行充放(fàng)電。

所以均衡對於目前的電芯來講,是(shì)一個很重(chóng)要的功能。均(jun1)衡(héng)功能(néng)的實現方案分為兩種,主動均衡和被動(dòng)均衡;被動均衡就是用電阻放電,主動均衡就是讓電荷在電芯之間流動,其實關於這兩種的叫法也有一些爭議,不做展開;其中被動均衡在現實中應用的比較多,而主動(dòng)的較少。
對於被動均衡來講,BMS的均衡(héng)電流大小該怎(zěn)麽決定呢?不負責任地講,當然(rán)是越大越好了,不過考慮成本、散熱、空間等,需要做一(yī)個折中。
選擇均衡電流(liú)之前(qián)要弄清造成(chéng)SOC的差(chà)異是屬於(yú)場景一還是場(chǎng)景二,目前很多情況更接近場景(jǐng)一:電芯開始(shǐ)時容量、SOC幾乎是一致的,但隨著使用,尤其是(shì)電芯的自放電差異,導致每個電芯(xīn)的(de)SOC逐漸不同,所(suǒ)以均衡的能力最(zuì)起碼要能消(xiāo)除自放電(diàn)差異帶來的影響。據此,下麵是均衡電流的計算(suàn)公式,公式很簡(jiǎn)單。

如果所有電芯的自放電(diàn)一致,那麽也不需要均(jun1)衡;但如果不一致,自放電電流有差異時,就會造成SOC差異,均衡就是要彌(mí)補這個自放電電流差異。另外(wài),由(yóu)於(yú)每天的平均(jun1)均衡時間(jiān)是有限的,而(ér)自放電是每天持續的,所以時間因素也要考慮進來。上(shàng)圖是按照每天不(bú)同的均衡時間,畫出的(de)關於均衡電流與自放電電流差值(zhí)的一個圖。所以如果知道了(le)電(diàn)芯的自放電率,就可以計算出一個需要的均衡電流,不過這(zhè)個計算結果是一個下限值,實際的均衡能力一定要大於這個值。
總結:
本文把涉及到均衡的前因(yīn)後(hòu)果粗略介紹了(le)一下,後麵提到了被動均衡電流的計算,其實這個還是比較理(lǐ)想、粗略的值,實際(jì)情況更複雜,但它最(zuì)起碼有(yǒu)理有據;通常見到的BMS上麵被動均(jun1)衡電流在100mA左右,至於它的來曆很多是根據曆史經驗的,有點說不(bú)清楚。