鋰電池模組均衡系統(tǒng)可解決鋰電池組電壓不一致問題

來源：存能電氣  日期：2020-07-21 16:57  瀏覽量：次

鋰電池模組均衡系統(tǒng)可解決鋰電池組電壓不一致問題。由于電池性能不一致的問題，使得成組電池在利用率、使用壽命、安全性等方面的性能遠(yuǎn)不及單體電池。具有高效均衡管理功能的電池管理系統(tǒng)能夠大幅提高動(dòng)力電池組的整體性能、有效的延長(zhǎng)電池組的使用壽命、大大降低整車的使用和維護(hù)成本。為安全、高效、實(shí)用的電動(dòng)汽車的推廣提供技術(shù)保障。

鋰電池模組均衡系統(tǒng)可解決鋰電池組電壓不一致問題

鋰電池的不一致性會(huì)影響電池組的使用壽命，降低了電池成組后的性能。鋰電池成組不一致性是指單體電池的容量、電壓、內(nèi)阻、自放電速率等參數(shù)存在差異，是由鋰電池組的組合結(jié)構(gòu)、使用工況、使用環(huán)境、電池管理不同所致。單體電池的不一致性是電池組性能的重要影響因素，它能降低電池組的可用容量，并降低電池組的循環(huán)壽命。

鋰電池組的一致性問題是指在電池組內(nèi)串聯(lián)單體電池之間在容量、內(nèi)阻、SOC等方面的差異性，這直接決定了整組電池的使用性能，從而影響到電動(dòng)汽車的動(dòng)力性和續(xù)航里程。鋰電池成組不一致的原因主要是單體電池的初始差異和電池成組后的結(jié)構(gòu)、使用工況及環(huán)境差異。

為了緩解電池成組后帶來的性能下降和壽命縮減等問題，可以優(yōu)化電池的制造工藝，減少電池的初始差異；在電池成組前進(jìn)行篩選，將不一致性較小的電池成組；在組合電池組系統(tǒng)時(shí)，充分考慮連接方式和結(jié)構(gòu)對(duì)不一致性的影響；在使用過程中進(jìn)行合理的電池管理，有效的均衡以及熱管理，減少因使用條件不同而造成的不一致。

鋰電池組不一致性的原因

①在制造過程中，由于工藝上的問題和材質(zhì)的不均勻，使得電池極板活性物質(zhì)的活化程度和厚度、微孔率、連條、隔板等存在很微小的差別，就會(huì)使同一批次出廠的同一型號(hào)電池的容量、內(nèi)阻等不可能完全一致。

②在裝車使用時(shí)，由于鋰電池組中各個(gè)電池的電解液密度、溫度和通風(fēng)條件、自放電程度及充放電過程的呢過差別的影響，在一定程度上增加了電池的電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致。

鋰電池的均衡技術(shù)有哪幾種？

鋰電池制作的主要問題是電池成組應(yīng)用問題，為解決“電池一致性問題”，業(yè)內(nèi)普遍使用均衡技術(shù)，目前，業(yè)界把主流電池均衡技術(shù)分為被動(dòng)均衡法、主動(dòng)均衡法、內(nèi)均衡法三種。

1、常用的均衡法有通過電路實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)均衡法和被動(dòng)均衡法。被動(dòng)均衡法是通過電路將電壓高的單體電池接通一個(gè)負(fù)載電阻來對(duì)它進(jìn)行放電，通過比較電路來判斷其電壓是否與其他單體電池的電壓相同，如果相同就停止放電，被動(dòng)均衡法的缺點(diǎn)是消耗了單體電池的能量，產(chǎn)生熱量，均衡時(shí)間長(zhǎng)。

被動(dòng)均衡法的特點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，當(dāng)均衡電流較小時(shí)，器件成本相對(duì)較低，但存在兩大問題：①電阻能消耗放電，浪費(fèi)能量，產(chǎn)生熱量；②由于放電電阻不可能選得太小，充電結(jié)束時(shí)，根據(jù)電池特性往往小容量電池的電壓較高，在靜態(tài)均衡時(shí)，放掉的恰恰是小容量電池的電量，反而加大了電池間的互差。

2、主動(dòng)均衡法是指在充放電時(shí)不把電壓較高的電池能量通過電阻消耗掉，而是將其能量傳遞到電壓較低的電池，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池組的均衡充放電；主動(dòng)均衡電路復(fù)雜，不能同時(shí)對(duì)所有的電池進(jìn)行均衡，可靠性有待提高。

主動(dòng)均衡法的主要特點(diǎn)有采用DC/CD雙向有源均衡電路，均衡效率高，充電、放電和靜態(tài)過程中都做均衡，平衡電流大，均衡速度較快，但也存在兩大問題：①技術(shù)復(fù)雜、成本高、實(shí)現(xiàn)困難；②頻繁切換均衡電路，對(duì)電池造成的傷害大，影響電池的壽命。

3、內(nèi)均衡法是利用BMS在對(duì)串聯(lián)電池充電的過程中，通過調(diào)節(jié)充電電流和控制充電電壓的拓?fù)渌惴?，使得電池組中各單體電池荷電量達(dá)到基本一致。內(nèi)均衡技術(shù)的特點(diǎn)是算法簡(jiǎn)單、沒有能量損失、沒有增加附加的充放電過程、不影響電池壽命、不增加硬件設(shè)備，但如果電池的荷電量相差很大，則需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能均衡。

電池的不一致性來自于電池內(nèi)阻、容量和SOC，而傳統(tǒng)一致性評(píng)價(jià)方法和均衡方式以外電壓一致性作為控制目標(biāo)，并沒有有效地提高電池組的可用容量，所以也不能改善電池組一致性問題對(duì)成組電池使用造成的不良影響。

由于直流內(nèi)阻、極化電壓、最大可用容量為電池的特定參數(shù)，在一次或連續(xù)的幾次充放電過程中基本不發(fā)生變化，所以電池組的均衡主要通過調(diào)整各單體電池的SOC來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)研究，以SOC作為均衡的參考對(duì)象，均衡對(duì)象相對(duì)固定，充分利用均衡時(shí)間，提高均衡利用率來降低均衡電流容量。

從電池管理系統(tǒng)角度，在電池組使用過程中檢測(cè)單體電池參數(shù)，尤其是動(dòng)、靜態(tài)情況下電壓分布情況，掌握電池組中單體電池不一致性發(fā)展規(guī)律，對(duì)極端參數(shù)電池進(jìn)行及時(shí)調(diào)整或更換，以保證電池組參數(shù)不一致性隨使用時(shí)間而增大。同時(shí)從能量的管理和策略上，引入實(shí)用性電池組能量管理和均衡系統(tǒng)，制定合理的電池均衡策略，主動(dòng)干預(yù)和降低電池的不一致性。