|
作者：yzhu05 寫(xiě)到電池均衡，基本上已經(jīng)觸及了BMS的核心區(qū)域，首先需要明白幾點(diǎn)問(wèn)題。 1.電池均衡是有限度的，效果需要用一定的參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。 2.電池均衡在HEV和EV里面，要求有很大的區(qū)別。 3.電池均衡的效果必須與成本和額外的能量消耗進(jìn)行博弈和妥協(xié)。 而且其實(shí)有必要搞清楚為什么要進(jìn)行均衡，從幾篇論文中，可以得到一些明確的闡述： SAE_Battery Charge Equalization–State of the Art and Future Trends SAE_A Review of Cell Equalization Methods for Lithium Ion and Lithium Polymer Battery Systems 這兩篇文章都是對(duì)這個(gè)方面較為全面的論述，中文的文章有一文《動(dòng)力電池組特性分析與均衡管理》寫(xiě)得比較全面，但是可能太抽象了。 均衡的原因： EV和HEV都需要在充電和放電階段承受很大的瞬間電流，充電的時(shí)候表現(xiàn)在制動(dòng)能量回收（regenerative braking current）。對(duì)于鋰電池而言，這么大的充電電流可能是部分較滿的電池直接超過(guò)損壞的電壓區(qū)間。 
放電階段則是電機(jī)在啟動(dòng)和汽車(chē)加速的時(shí)候，需要很高的瞬間能量。大的放電電流，可能讓某些電池處于深度放電的狀態(tài)，一是影響輸出電流，二是電池本身就會(huì)損壞。 2010 Honda Insight-II的示意圖片
對(duì)于上述的電流計(jì)算，其實(shí)和整車(chē)有很大的關(guān)系，相信在后面找到充分的資料和計(jì)算公式以后，可以把能量管理單元（Energy Storage System）動(dòng)力單元（Power Train Sytem）和最終的車(chē)體環(huán)境的參數(shù)建立一些計(jì)算和評(píng)估的公式，在對(duì)比當(dāng)前賣(mài)得一些“電動(dòng)車(chē)”時(shí)候可以做出一些初步的Review. 電池單體的差異主要表現(xiàn)在內(nèi)阻和隨著時(shí)間推移和溫度變化時(shí)候，容量會(huì)有差異。高內(nèi)阻和低容量的電池，在放電電流大的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)更大的電壓擺幅。與標(biāo)準(zhǔn)電池差異大的電池更容易損壞，因此某種程度上，需要使用均衡的算法，使得整個(gè)電池組擺脫短板效應(yīng)。 均衡的方法分類：充電均衡，放電均衡和動(dòng)態(tài)均衡。 1.充電均衡在充電過(guò)程中后期,部分電池的容量很高，其單體電壓已經(jīng)超過(guò)設(shè)定的限制的時(shí)候（一般要比截止電壓小）時(shí),BMS控制均衡電路開(kāi)始工作,控制這些容量滿的電池少充，不充甚至是轉(zhuǎn)移能量，以達(dá)到在整個(gè)電池組的容量小的電池繼續(xù)充電并且容量滿電池不損壞的目的。 充電均衡的功能是防止電池組內(nèi)的電池過(guò)充電，部分結(jié)構(gòu)在放電使用中，可能會(huì)帶來(lái)的某些負(fù)面影響。由于充電均衡僅僅保證了電池在充電中，容量最小的電池不過(guò)充，在放電過(guò)程中，它能釋放的能量也是最小的，因此這些電池過(guò)度放電的可能性很大。如果BMS控制不好的情況下，這些容量小的電池已經(jīng)處于深度放電條件下，電池組的整體仍蘊(yùn)含較高的能量（表現(xiàn)在電池組電壓較高）。往往充電均衡需要與放電均衡一起使用。 2.放電均衡在電池組輸出功率時(shí),通過(guò)補(bǔ)充電能限制容量低的電池放電，使得它單體電壓不低于預(yù)設(shè)值（一般要比放電終止電壓高一點(diǎn)）。 補(bǔ)充一下：預(yù)設(shè)值是很難設(shè)計(jì)的，與不同的電池種類有很大的關(guān)系。兩個(gè)重要參數(shù)充電截止電壓和放電終止電壓，均和電池溫度，充放電流很關(guān)。 3. 動(dòng)態(tài)均衡：工作與電池充電狀態(tài),放電狀態(tài)態(tài),還是浮置狀態(tài)（idle）,可通過(guò)能量轉(zhuǎn)換的方法實(shí)現(xiàn)組中單體電壓的平衡,實(shí)時(shí)保持相近的荷電程度。 事實(shí)上，關(guān)于idle狀態(tài)的轉(zhuǎn)化可能引起額外的能量消耗，因此需要謹(jǐn)慎評(píng)估，不能把電池自己的能量轉(zhuǎn)來(lái)轉(zhuǎn)去，最后都變成熱量消耗掉了，這是工程師最忌諱的均衡完美主義。打個(gè)比喻是，削甘蔗，為了保持每段的均勻，不斷把長(zhǎng)的削斷，最后把所有的甘蔗都削沒(méi)了。 事實(shí)上，這從BMS的控制階段上劃分方法。 從拓?fù)渖戏郑?br /> 斷流(disconnection circuit):這是人們首先想到的最簡(jiǎn)單的辦法，當(dāng)單體電壓在滿足一定條件時(shí)，把單體電池的回路斷開(kāi),并使用另一個(gè)開(kāi)關(guān)進(jìn)行旁路。對(duì)于電池組而言就需要組合成開(kāi)關(guān)矩陣,動(dòng)態(tài)改變電池組內(nèi)單體之間的連接結(jié)構(gòu),可使用的是繼電器,智能功率開(kāi)關(guān)。由于電流的實(shí)際大小很大，使得這種方法對(duì)于開(kāi)關(guān)的要求很高，從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看是最不現(xiàn)實(shí)的。本身這種方法也存在很多的局限性，它并沒(méi)有初始階段去控制這種不平衡性。
分流（Shuntingmethod）和能耗型（Dissipative Method），事實(shí)上應(yīng)用了類似的結(jié)構(gòu)，從本質(zhì)上分流是屬于能耗型的一部分。 分流是給每只電池添加一個(gè)額外的旁路補(bǔ)償裝置,通過(guò)外部電阻的特性來(lái)補(bǔ)償電池的特性。 能耗性也是為單體電池提供并聯(lián)電流支路,將電壓過(guò)高的單體電池通過(guò)分流轉(zhuǎn)移電能達(dá)到均衡目的。它們的實(shí)質(zhì)是通過(guò)能量消耗的辦法限制單體電池出現(xiàn)過(guò)高或過(guò)低的端電壓，這是成本最低的可行的辦法，需要考慮的問(wèn)題同樣是電阻的散熱功率，電池組的能量損耗，開(kāi)關(guān)的過(guò)流能力。 主動(dòng)均衡方法也成為回饋（ACTIVE CELL BALANCING METHODS）通過(guò)能量變換器將單體之間的偏差能量饋送回電池組或組中某些單體。 在這個(gè)方面有著各種的方法，使用電容，電感和變壓器等器件進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)移，這里將單獨(dú)進(jìn)行詳細(xì)的分析和闡述。有些文章里面也會(huì)劃分為單向和雙向，集中和分散，其實(shí)區(qū)別不大。總體而言，主動(dòng)均衡方法在成本和效果上有著很大的文章和協(xié)調(diào)空間，在器件的篩選上對(duì)設(shè)計(jì)者也提出了很高的要求，在下圖里面其實(shí)就是設(shè)計(jì) DC/Dc電源了。
|
