目前市面上的纯电动车和插电式混合动力汽车,有些厂家的产品出现续航里程不足、充电电量达不到标称电量、电池包或者电池单体检测时出问题等,厂家声称需要进行电池均衡。
这是一个什么样的概念?不达标的电池为什么要进行“均衡”,它有怎样的效果?
木村 | 康明斯高级BMS工程师
吉林大学车辆工程硕士研究生。目前担任康明斯高级BMS工程师,具有五年的BMS开发测试经验,主要研究电池高压系统领域。
电池为什么要均衡
在电池单体(cell)制造过程中,制造工业不能保证每个电池100%完全一样,就和树上的树叶一样,同一棵上没有完全相同的两片树叶。
就算我们假设两个电池单体完全一样,两个电池单体在电池包(pack)中所处的环境也不是完全一样,有可能cell 1和cel 60周围的温度差经常比较大,这两个电池在以后的多次循环充放电过程中也会慢慢的不一样。
因为出厂的时候电池单体就不一样,在以后充放电过程中这个差异会一直存在。
而且由于所处的环境不一样,这个差异会越来越大。
· 表现出来的形式就是:
充放电速率不一样
这个时候就需要我们均衡了。
· 以18650的电池示意图为例:
刚出厂的时候,cell #1 & cell # 9两个电池的容量基本上是一样的,由于出厂时cell本身的细微差异,加上后天所处环境的不同,两个单体的差异会越来越大。
长时间充放电以后,两个cell的容量都会减少,一个可能减少得多一些,一个可能减少的少一些。
但是图下所有cell都是出于SOC 100 %的示意图。
电池的木桶原理(放电过程)
· 假设电池使用一段时间后,各个cell的SOC如图所示:
MAX_SOC = 90%, MIN_SOC = 40%,这个时候电池包PACK的SOC是由最小的SOC来决定的,也就是PACK_SOC = 40%,如果不是这个最小值,那其他算法就是耍流氓。
· 然后我们接着让电池放电,过一段时间后,各个cell的SOC如下:
这个时候我们就不能再继续放电了,再放电对SOC最小的那个cell损伤很大,但是在这个时候,pack中cell最大的SOC有70%。
这个时候pack不能再继续放电了,但是实际上pack还有相当多的剩余电量,主动均衡就可以将电量最多的cell的电量转移到电量最少的cell。
cell的木桶原理(充电过程)
· 充电过程如下图所示:
cell #1已经充满了,但是cell #5可能充到一半都没有。
这个时候我们还是不能继续充电,如果继续充电,对cell#1的损伤很大,这个时候就需要被动均衡了,充电过程中的被动均衡。
充电过程中的被动均衡是和花时间的,我们首先将SOC =100%的cell自放电到SOC等于第二大的cell一样,如下图。
然后再将电量充到100%。
然后依次循环,直到原来最小的cell的SOC为100%,如果cell单体非常多,这个时间很漫长。
再来说说市场上那些快充原理,多半是没有进行这个均衡过程的。
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