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說一說關於BMS的均衡功能
電芯均衡這個(gè)概念相(xiàng)信大家都接觸過,主要是因為目前的電(diàn)芯一致性不夠好,需要通過均衡去改善(shàn)它,類似世界上找不(bú)到兩片相同的樹葉一樣,你也找不到兩個相同的(de)電芯(xīn)。所以說到底,均衡是為了解(jiě)決(jué)電(diàn)芯的缺(quē)點(diǎn),是(shì)一種彌補的手段,根本上是電池相關技術(shù)(例如(rú)成組技術)要發(fā)展、突(tū)破;而不是總想著在均衡技(jì)術上麵突破,想著怎麽(me)提升均衡電流、提高均(jun1)衡(héng)效率。未來的電芯是不需要均衡的,甚至(zhì)都不需要BMS,我也就失業了。
那麽電芯的不一(yī)致性表現在哪些方麵呢?
主要包括四點:SOC、內阻、自放(fàng)電電流(liú)、容量。但是均衡不能完全解決這4個差異點,均衡隻(zhī)能(néng)彌補SOC的差異(yì),順便解決(jué)了自放電(diàn)不一致的問題。但對(duì)於內阻(zǔ)和容量來說,均衡是無能為力的。
那麽電芯的不一致是怎麽造成的呢?
主要是兩個方麵:一(yī)是電芯生(shēng)產加工造成的不一致性,二是電(diàn)芯使用環境造成的不一致性。生產的不一致(zhì)原因來(lái)源於加工的工藝、材(cái)料等因素,我這樣說起來比較簡單,實際裏麵的(de)事情很(hěn)複雜;環境的不一致性就容(róng)易理解了,由於每一個電芯在(zài)PACK中(zhōng)的位置不同(tóng),所以(yǐ)環境一定會有差異,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,均衡是用來消除電芯的SOC差異(yì),理(lǐ)想(xiǎng)狀態下(xià),它時刻保持每一個(gè)電芯的SOC相同,讓所有電芯同步到達(dá)充放電的上下電壓限值,讓(ràng)電(diàn)池組可利用的容量變大。SOC差異有兩種場景,一是電芯容量相同,而SOC不同;二是電芯的(de)容量不同,SOC也(yě)不同(tóng)。
下圖是場景一,電芯的容量(liàng)相同,SOC不同;其中SOC最小(xiǎo)的電芯最先到(dào)達放電下限(假設25% SOC是下限),SOC最大的電(diàn)芯最先(xiān)到達充電上限;在均衡的作用下(xià),所有電芯保持相同(tóng)的SOC進行充放電。
均衡對於(yú)不同容量的電芯(場景二),情況麻煩一些,如下圖,電芯的容(róng)量不同,SOC也不同;這樣容量最少的電芯最先充滿電,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(héng)對於目前的電芯來講,是一個很重要的功能(néng)。均衡(héng)功能的實現方案(àn)分為兩種,主動均衡和被動均衡(héng);被動均衡就是用電阻放電(diàn),主動均衡就是讓電荷(hé)在電芯之間流(liú)動,其實關於這兩種的叫法也有一些(xiē)爭議,不(bú)做展開;其(qí)中被動均衡(héng)在(zài)現實中(zhōng)應用的比較多,而(ér)主動的較少。
對於被動均衡來講,BMS的均衡電流大小該怎麽決定呢?不負責任地講,當然是越大越好了,不過考慮成本、散熱、空間(jiān)等,需要做一個折中。
選擇均衡電流之前要弄清造成SOC的差(chà)異是屬於(yú)場景一還是場景二,目前很多情況更接近(jìn)場景一:電芯開始時容量、SOC幾乎是一致的,但(dàn)隨著使用,尤其是電芯的自放電差異,導致每個電芯的SOC逐漸(jiàn)不同,所以均衡的能力最起碼(mǎ)要能消除自放電差異帶來的影響(xiǎng)。據(jù)此,下麵是均衡電流的計算公式,公式很簡單(dān)。
如果所有電芯的(de)自(zì)放電一致,那麽也不需(xū)要均衡;但如果不一致(zhì),自放電電流有差異時,就會造成(chéng)SOC差(chà)異,均(jun1)衡就是要彌補這個(gè)自放電電流差異。另外,由於每天的平(píng)均均(jun1)衡時間是有限的,而自放(fàng)電是每天持(chí)續(xù)的,所以時間因素也(yě)要考(kǎo)慮(lǜ)進來。上圖是按照每天不同的均衡時間,畫出的關於均衡電流與自放電電(diàn)流差值的一個圖。所以如果知道了(le)電芯的自(zì)放電率,就(jiù)可以計算出一個需要的均衡電流(liú),不過這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(zhí)。
總(zǒng)結:
本文把涉及到均衡的前因(yīn)後果粗略介紹了一下,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,實際情況更複(fù)雜,但它最起碼有理(lǐ)有(yǒu)據;通常見到的BMS上麵被動均衡電流在(zài)100mA左右,至於它的來曆很(hěn)多是根據曆史經驗的,有點說不清楚。