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                                                說一說關于BMS的均衡功能

                                                更新時間  2019-08-01 15:18:45 惠州市雙聚能源科技有限公司 閱讀

                                                電芯均衡這個概念相信大家都接觸過,主要是因為目前的電芯一致性不夠好,需要通過均衡去改善它,類似世界上找不到兩片相同的樹葉一樣,你也找不到兩個相同的電芯。所以說到底,均衡是為了解決電芯的缺點,是一種彌補的手段,根本上是電池相關技術(例如成組技術)要發展、突破;而不是總想著在均衡技術上面突破,想著怎么提升均衡電流、提高均衡效率。未來的電芯是不需要均衡的,甚至都不需要BMS,我也就失業了。

                                                那么電芯的不一致性表現在哪些方面呢?

                                                主要包括四點:SOC、內阻、自放電電流、容量。但是均衡不能完全解決這4個差異點,均衡只能彌補SOC的差異,順便解決了自放電不一致的問題。但對于內阻和容量來說,均衡是無能為力的。

                                                那么電芯的不一致是怎么造成的呢?

                                                主要是兩個方面:一是電芯生產加工造成的不一致性,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于加工的工藝、材料等因素,我這樣說起來比較簡單,實際里面的事情很復雜;環境的不一致性就容易理解了,由于每一個電芯在PACK中的位置不同,所以環境一定會有差異,比如溫度就會有細微的不同,長期累積后,造成電芯的不一致。

                                                前面提了,均衡是用來消除電芯的SOC差異,理想狀態下,它時刻保持每一個電芯的SOC相同,讓所有電芯同步到達充放電的上下電壓限值,讓電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,所有電芯保持相同的SOC進行充放電。

                                                均衡對于不同容量的電芯(場景二),情況麻煩一些,如下圖,電芯的容量不同,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進行充放電。

                                                所以均衡對于目前的電芯來講,是一個很重要的功能。均衡功能的實現方案分為兩種,主動均衡和被動均衡;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,其實關于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,而主動的較少。

                                                對于被動均衡來講,BMS的均衡電流大小該怎么決定呢?不負責任地講,當然是越大越好了,不過考慮成本、散熱、空間等,需要做一個折中。

                                                選擇均衡電流之前要弄清造成SOC的差異是屬于場景一還是場景二,目前很多情況更接近場景一:電芯開始時容量、SOC幾乎是一致的,但隨著使用,尤其是電芯的自放電差異,導致每個電芯的SOC逐漸不同,所以均衡的能力最起碼要能消除自放電差異帶來的影響。據此,下面是均衡電流的計算公式,公式很簡單。

                                                如果所有電芯的自放電一致,那么也不需要均衡;但如果不一致,自放電電流有差異時,就會造成SOC差異,均衡就是要彌補這個自放電電流差異。另外,由于每天的平均均衡時間是有限的,而自放電是每天持續的,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,畫出的關于均衡電流與自放電電流差值的一個圖。所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,不過這個計算結果是一個下限值,實際的均衡能力一定要大于這個值。

                                                總結:

                                                本文把涉及到均衡的前因后果粗略介紹了一下,后面提到了被動均衡電流的計算,其實這個還是比較理想、粗略的值,實際情況更復雜,但它最起碼有理有據;通常見到的BMS上面被動均衡電流在100mA左右,至于它的來歷很多是根據歷史經驗的,有點說不清楚。

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