BMS平衡设计,有用延伸电池使用寿命

什么是电池衰减?

电池的衰减一样平常分为两类,一类是电池内部因化学物质的损失导致的不可逆衰减,也称作电池老化,而当天气温度转变或者电池电芯不一致时导致电池性能和续航里程下降,我们称之为可逆衰减,既然衰减“可逆”,就有设施延缓或恢复,其中天气温度转变可以通过恒温控制解决,“电芯不一致”的状态这时候就要有BMS(电池治理系统)来为电池电芯“药到病除”,其中很主要的“治疗历程”就是“电池平衡”或称之为电池平衡修复。

BMS电池平衡

电池电芯的种种状态?

新能源汽车的电池包通常由许多个电芯所组成考察电芯有两个要害指标:一个是电芯容量,可以看做一个碗的容量,一个是电芯荷电状态(即俗称的剩余电量,以下简称SOC)可以看做碗里盛水的含量例如,50mL的碗里盛了25mL的水时此时的SOC就是50%,电池包下线出厂时所有电芯的容量和SOC基本一致,只有在这种状态下所有电芯才气同步充满和放空步骤整齐,一致性好,一样平常存储或出厂的SOC保持在10~20%左右。

电池储存或出厂时,SOC在10%~20%左右

电池储存或出厂时,SOC在10%~20%左右 

但随着使用年限和充电次数的增添,电池内部不可制止的泛起转变每个电芯的容量或者SOC都市发生乱七八糟的征象,凭据木桶原理,一个平放的木桶它能装的水量是由最短板,决议的电池包的容量也是云云。

木桶短板效应示意

木桶短板效应示意

所有电芯都是同步充放电的在电芯容量或SOC不一致的情况下,只要有一个电芯充满或放空其他电芯便不能再继续充放电,由于若是继续充放电会导致容量偏小的电芯泛起过充过放征象,轻则导致电芯内部锂离子变为锂单质析出导致电芯内部结构损坏,降低电池包的寿命,重则可能引发电芯起火等危险事宜,因此那颗最小容量或SOC的电芯相当于电池内部的“最短木板”,它导致了电池包内存储的总能量削减缩短了可用的续航里程这就是电池包内部的“木桶原理”

电池充点住手(容量最小电芯充满就自动珍爱)

电池充点住手(容量最小电芯充满就自动珍爱) 

电芯间泛起差异的缘故原由是什么?

俗话说,想治病先诊断搞清“病因”很主要电芯间的差异一样平常有三种:

① SOC一致,容量不一致

这种状态就类似碗的边缘有了缺口原本能装50ml水,但现在只能装40ml,否则就会从缺口漏出来此时,容量小的最先充满和放空是整个电池包容量的瓶颈以下图为例,充电前三节容量差别的电芯它们都处于50%,SOC即当前电量都是满电电量的一半,以是电池装配Pack知足第一个条件,容量一致性,差别容量电芯不能混合使用。

电池组SOC一致,但容量不一致

电池组SOC一致,但容量不一致 

在充入相同的电量后,容量最小的电芯到达满充状态,这时无法对电芯继续举行充电,由于若是继续充,满充电芯将会过充电历久过充甚至会导致电芯起火等危险事宜

容量不一致电池,充电状态

容量不一致电池,充电状态

对这些电芯举行放电时,容量最小的电芯同样首先到达放空状态,此时无法继续放电由于如继续放电,已放空的电芯将会过放电历久过放会导致电芯内部结构损坏发生危险

容量不一致电池,放电状态

容量不一致电池,放电状态

② 容量一致,SOC不一致

这种状态下类似于每个碗都是完好的,然则碗内的水量不尽相同,有的当前电量是满电状态的70%,有的是50%如下图所示,容量相同的三节电芯SOC当前电量与满电电量占比不一样,以是电池装配Pack知足第二个条件,SOC一致性,差别SOC电芯不能混合使用(固然也可以通过平衡装备修复SOC一致性)。

电池容量一致,SOC差别

电池容量一致,SOC差别 

SOC最高的电芯最先充满,SOC最低电芯最先放空,而且此时只能住手充放电以制止过充和过放行为,发生SOC的电芯是整个电池包容量的瓶颈

电池容量一直,SOC不一致,充放电瓶颈

电池容量一直,SOC不一致,充放电瓶颈

③ 容量和SOC都不一致

现实的用车场景往往更庞大,电芯的容量和SOC都可能不一致,这类似于有的碗有缺口有的碗没有缺口,有缺口的碗的缺口巨细还不一致同时,每个碗里的水量也不一样,这时无法再简朴地将电芯当前的容量或者SOC作为评判尺度,这对平衡逻辑判断及控制模块提出了较高的要求

现实用车场景后的电池状态,容量与SOC更庞大

现实用车场景后的电池状态,容量与SOC更庞大

电池平衡若何事情?

电芯外部能够实时丈量的变量有三个,电压,电流与温度将变量信息引入算法即可获得每节电芯的SOC值及此时电芯的可用容量,并以此综合判断电芯间的不一致状态来决议电池包是否需要进入平衡状态,电池平衡手艺主要分为两种被动平衡与自动平衡

电池与BMS板接线示意图

电池与BMS板接线示意图 

被动平衡

又称为能量耗散式平衡,事情原理是在每节电芯上并联一个电阻,当某个电芯已经提前充满,而又需要继续给其它电芯充电时接上电阻,对其举行放电把多余的能量耗散掉

被动平衡电路设计

被动平衡电路设计

其优点是结构简朴,结构成本低硬件实现简朴等,在电动汽车上广泛应用瑕玷是多余的能量直接转化为热量散发能量使用效率低(被动平衡电流通常在1A以下),对电路稳定性有影响因此,对被动平衡电路来说一个优异可靠的平衡控制计谋就显得尤为主要。

自动平衡

又称非能量耗散式平衡,其原理为将能量高的电芯内的能量转移到能量低的电芯中去,比如说这个碗里装不下器械时把部门器械孝敬转移到没有填满的碗

自动平衡在充放电示意图

自动平衡在充放电示意图

自动平衡电路的优势在于能量消耗较小,然则其回路成本高,拓扑结构庞大而且电容和电感的体积大会导致空间需求大等,因此若何攻破自动平衡在结构硬件上的难题是现在各BMS研发团队的研究重点之一。

自动平衡电路设计

自动平衡电路设计 

不论是自动平衡照样被动平衡都是若何让每个碗都只管的多装水,同时也可以将碗内的水都只管放空是电池平衡计谋设计的最终目标。

被动平衡适合于小容量、低串数的锂电池组应用,自动平衡适用于高串数、大容量的动力型锂电池组应用。与其说哪种平衡手艺更好,不如说这背后需要接纳的计谋更为主要。

声明: 本文由入驻基智地平台的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表基智地立场;基智地发布此信息的目的在于传播更多信息,与本站立场无关。