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说一说关于BMS的均衡功能

2019-05-06 11:07
新能源BMS
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上文介绍了断线检测功能,这一次再说说均衡功能,它也是BMS的主要功能之一。

电芯均衡这个概念相信大家都接触过,主要是因为目前的电芯一致性不够好,需要通过均衡去改善它,类似世界上找不到两片相同的树叶一样,你也找不到两个相同的电芯。所以说到底,均衡是为了解决电芯的缺点,是一种弥补的手段,根本上是电池相关技术(例如成组技术)要发展、突破;而不是总想着在均衡技术上面突破,想着怎么提升均衡电流、提高均衡效率。未来的电芯是不需要均衡的,甚至都不需要BMS,我也就失业了。

那么电芯的不一致性表现在哪些方面呢?

主要包括四点:SOC、内阻、自放电电流、容量。但是均衡不能完全解决这4个差异点,均衡只能弥补SOC的差异,顺便解决了自放电不一致的问题。但对于内阻和容量来说,均衡是无能为力的。

那么电芯的不一致是怎么造成的呢?

主要是两个方面:一是电芯生产加工造成的不一致性,二是电芯使用环境造成的不一致性。生产的不一致原因来源于加工的工艺、材料等因素,我这样说起来比较简单,实际里面的事情很复杂;环境的不一致性就容易理解了,由于每一个电芯在PACK中的位置不同,所以环境一定会有差异,比如温度就会有细微的不同,长期累积后,造成电芯的不一致。

前面提了,均衡是用来消除电芯的SOC差异,理想状态下,它时刻保持每一个电芯的SOC相同,让所有电芯同步到达充放电的上下电压限值,让电池组可利用的容量变大。SOC差异有两种场景,一是电芯容量相同,而SOC不同;二是电芯的容量不同,SOC也不同。

下图是场景一,电芯的容量相同,SOC不同;其中SOC最小的电芯最先到达放电下限(假设25% SOC是下限),SOC最大的电芯最先到达充电上限;在均衡的作用下,所有电芯保持相同的SOC进行充放电。

均衡对于不同容量的电芯(场景二),情况麻烦一些,如下图,电芯的容量不同,SOC也不同;这样容量最少的电芯最先充满电,也最先放完电;在均衡的作用下,所有的电芯保持相同的SOC进行充放电。

所以均衡对于目前的电芯来讲,是一个很重要的功能。均衡功能的实现方案分为两种,主动均衡和被动均衡;被动均衡就是用电阻放电,主动均衡就是让电荷在电芯之间流动,其实关于这两种的叫法也有一些争议,不做展开;其中被动均衡在现实中应用的比较多,而主动的较少。

对于被动均衡来讲,BMS的均衡电流大小该怎么决定呢?不负责任地讲,当然是越大越好了,不过考虑成本、散热、空间等,需要做一个折中。

选择均衡电流之前要弄清造成SOC的差异是属于场景一还是场景二,目前很多情况更接近场景一:电芯开始时容量、SOC几乎是一致的,但随着使用,尤其是电芯的自放电差异,导致每个电芯的SOC逐渐不同,所以均衡的能力最起码要能消除自放电差异带来的影响。据此,下面是均衡电流的计算公式,公式很简单。

图片来源于liionbms

如果所有电芯的自放电一致,那么也不需要均衡;但如果不一致,自放电电流有差异时,就会造成SOC差异,均衡就是要弥补这个自放电电流差异。另外,由于每天的平均均衡时间是有限的,而自放电是每天持续的,所以时间因素也要考虑进来。上图是按照每天不同的均衡时间,画出的关于均衡电流与自放电电流差值的一个图。所以如果知道了电芯的自放电率,就可以计算出一个需要的均衡电流,不过这个计算结果是一个下限值,实际的均衡能力一定要大于这个值。

总结:

本文把涉及到均衡的前因后果粗略介绍了一下,后面提到了被动均衡电流的计算,其实这个还是比较理想、粗略的值,实际情况更复杂,但它最起码有理有据;通常见到的BMS上面被动均衡电流在100mA左右,至于它的来历很多是根据历史经验的,有点说不清楚。下一篇准备结合AFE,讨论一下均衡涉及到的电路部分。以上所有,仅供参考。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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