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锂电池组电池一致性问..

锂电池组电池一致性问题解决方案
2019-02-19

锂电池应用的主要问题是电池成组应用问题。为解决“电池一致性问题”,业内普遍使用电池均衡技术。目前,业界把主流电池均衡技术分为被动均衡法(能耗分流法),主动均衡法(动态均衡法),内均衡法(自然均衡法)三种。

被动均衡法是通过放电均衡的办法让电池组内的电池电压趋于一致。在传统能耗型BMS系统中,以被动均衡为主,采用单体电池并联分流能耗电阻的方式,且只能在充电过程中做均衡工作,多余的能量被消耗到消耗电阻上,效率为零。同时,均衡电流很小,通常小于100mA,对大容量电池的作用可忽略不计,SOC估算精度也很低。

被动均衡法的特点是原理简单,容易实现,当均衡电流较小时,器件成本相对较低。但存在两大问题:一是电阻能消耗放电,浪费能量,产生热量;二是由于放电电阻不可能选得太小,充电结束时,根据电池特性往往小容量电池的电压最高,在静态均衡时,放掉的恰恰是小容量电池的电量,反而加大了电池间的互差。

主动均衡法,是针对电池在使用过程中产生的容量个体,及自放电率产生的电压差异进行主动均衡。其主要功能是在电池组充电、放电或放置过程中,都可在电池组内部对电池单体之间的差异性进行主动均衡,以消除电池成组后由于自身和使用过程中产生的各种不一致性。

主动均衡法的主要特点有采用DC/CD双向有源均衡电路,均衡效率高;充电、放电和静态过程中都做均衡;平衡电流大,均衡速度较快。但也存在两大问题:一是技术复杂,成本高,实现困难;二是频繁切换均衡电路,对电池造成的伤害大,影响电池的寿命。

目前,无论是被动均衡技术还是主动均衡技术,都不能很好地解决问题。究其原因,目前普遍使用的充放电控制过程,是以固定的电压作为充放电终止条件,而电池在工作过程中,其有效电压范围是随着温度、充放电流和循环周期等条件在不断变化,因此,采用固定电压控制充放电,极易造成电池的过充或过放。而温度的变化会造成锂电池内部材料的老化,使电池过早劣化。虽然研究人员一直在探索并提出一些解决方案,并对电池进行了建模和仿真,但算法过于复杂,不适合在电池管理系统的单片机上运行。由于缺乏普遍性,需要对特定品牌和型号的电池进行复杂的辨识和建模,在电池组的充电设备上不断进行改进,以获得更平稳的充电电源,但作用仍然有限。

内均衡法是利用BMS在对串联电池充电的过程中,通过调节充电电流和控制充电电压的拓扑算法,使得电池组中各单体电池荷电量达到基本一致。

内均衡技术的特点是算法简单;没有能量损失;没有增加附加的充放电过程,不影响电池寿命;不增加硬件设备。但如果电池的荷电量相差很大,则需要较长的时间才能均衡。

近年来,BMS采用内均衡的方法在国内外80多家动力电池厂及不同车型的电动车厂家做过大量实际验证,均取得了很好的应用效果,得到业界广泛好评。

通过三种均衡模式的对比,并经过大量实践案例证明,BMS“内均衡技术”遵循了“电池拐点”理论,既省去了繁杂且违背电池固有规律做法的硬件成本,又降低了锂电池成组应用的运营成本,得到业界广泛认可。


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