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关于锂电池组保护板BMS的均衡功能
- 来源:www.glida.cn 发表时间:2020-10-15 11:22:56 点击数:50 次
相信大家都接触过细胞平衡的概念,主要是现在的细胞一致性不够好,需要通过平衡来改善。就像你在世界上找不到两片完全相同的叶子,你也找不到两个完全相同的细胞。所以,均衡说到底就是解决电池的缺点,是弥补的手段。基本上,电池相关技术(如成组技术)需要发展和突破;而不是总想着突破均衡技术,想着如何提高均衡电流和效率。未来的电池不需要平衡,即使是BMS,我也会失业。
那么电池有哪些不一致的地方呢?
主要包括四点:SOC、内阻、自放电电流、容量。但是,均衡并不能完全解决这四个差异。均衡只能弥补SOC差异,顺便解决自放电不一致的问题。但是对于内阻和容量,均衡是无能为力的。
那么电池的不一致性是怎么造成的呢?
主要有两个方面:一是电池生产加工造成的不一致性,二是电池使用环境造成的不一致性。生产不一致的原因来自加工工艺、材料等因素。我说这个比较简单,但是里面实际的东西很复杂;环境的不一致性很好理解。因为每个电池在PACK中的位置不同,所以环境也会不同。比如温度会略有不同,长期积累会造成电池不一致。
如前所述,均衡用于消除电池的SOC差异。在理想状态下,它始终保持每个电池的SOC不变,使所有电池都能同步达到充放电的电压上下限,从而增加电池组的可用容量。SOC差异有两种情况。一种是电池容量相同,但SOC不同;第二,SOC随电池容量变化。
下图为场景一,电池容量相同,SOC不同;其中,SOC最小的电池最先达到放电下限(假设25% SOC为下限),SOC最大的电池最先达到充电上限;在平衡的作用下,所有电池保持相同的SOC进行充放电。
均衡对于不同容量的电池(场景2),情况比较麻烦。如下图,电池容量不同,SOC不同;这样,容量最小的电池先充满电,再放电;在均衡的作用下,所有电池保持相同的SOC进行充放电。
因此,均衡是当前电池的一个非常重要的功能。实现均衡功能有两种方案,主动均衡和被动均衡。被动平衡是带电阻放电,主动平衡是让电荷在电池之间流动。其实两个名字有一些争议,不展开;其中,被动均衡在现实中应用较多,主动均衡较少。对于无源均衡,BMS的平衡电流应该如何确定?不负责任地说,越大越好,但是考虑到成本、散热、空间等。我们需要做出妥协。
在选择均衡电流之前,需要先搞清楚SOC的差异属于场景1还是场景2。目前很多情况更接近场景1:电池的容量和SOC在开始时几乎相同,但随着使用,尤其是电池自放电的差异,各个电池的SOC逐渐不同,均衡的能力至少要消除自放电差异的影响。因此,下面是计算平衡电流的简单公式。
如果所有电池的自放电一致,那么就不需要平衡;但如果不一致,自放电电流的差异会造成SOC差异,均衡就是为了弥补这种自放电电流的差异。另外,由于平均均衡时间每天都是有限的,自放电每天都在持续,所以也要考虑时间因素。上图是关于平衡电流和自放电电流根据每天不同的均衡时间的差值的曲线图。因此,如果知道电池单体的自放电率,就可以计算出所需的均衡电流,但计算结果是一个下限,实际均衡能力必须大于这个值。
总结:
本文简要介绍了均衡的原因和效果,然后提到了无源均衡电流的计算。其实这还是一个比较理想和粗糙的值,实际情况比较复杂,但至少是有道理的;通常BMS上的无源平衡电流约为100毫安。至于它的起源,很多都是基于历史经验,有点不清楚。