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      鋰電池組管理之鋰電池均衡


      發布時間:2010-11-12 15:48:01  來源:鉅大電子鋰電事業部 點擊次數:

      鋰電池均衡,基本上已經觸及了BMS的核心區域,首先需要明白幾點問題。

        1.鋰電池均衡是有限度的,效果需要用一定

        鋰電池均衡,基本上已經觸及了BMS的核心區域,首先需要明白幾點問題。

        1.鋰電池均衡是有限度的,效果需要用一定的參數進行評價。

        2.鋰電池均衡在HEV和EV里面,要求有很大的區別。

        3.鋰電池均衡的效果必須與成本和額外的能量消耗進行博弈和妥協。

        而且其實有必要搞清楚為什么要進行均衡,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 CellEqualization Methods for Lithium Ion and Lithium Polymer Battery Systems

        這兩篇文章都是對這個方面較為全面的論述,中文的文章有一文《動力鋰電池組特性分析與均衡管理》寫得比較全面,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,充電的時候表現在制動能量回收(regenerative braking current)。對于鋰鋰電池而言,這么大的充電電流可能是部分較滿的鋰電池直接超過損壞的電壓區間。

        放電階段則是電機在啟動和汽車加速的時候,需要很高的瞬間能量。大的放電電流,可能讓某些鋰電池處于深度放電的狀態,一是影響輸出電流,二是鋰電池本身就會損壞。

        2010 Honda Insight-II的示意圖片

        對于上述的電流計算,其實和整車有很大的關系,相信在后面找到充分的資料和計算公式以后,可以把能量管理單元(Energy Storage System)動力單元(Power Train Sytem)和最終的車體環境的參數建立一些計算和評估的公式,在對比當前賣得一些“電動車”時候可以做出一些初步的Review.

        鋰電池單體的差異主要表現在內阻和隨著時間推移和溫度變化時候,容量會有差異。高內阻和低容量的鋰電池,在放電電流大的時候會出現更大的電壓擺幅。與標準鋰電池差異大的鋰電池更容易損壞,因此某種程度上,需要使用均衡的算法,使得整個鋰電池組擺脫短板效應。

        均衡的方法分類:充電均衡,放電均衡和動態均衡。

        1.充電均衡在充電過程中后期,部分鋰電池的容量很高,其單體電壓已經超過設定的限制的時候(一般要比截止電壓小)時,BMS控制均衡電路開始工作,控制這些容量滿的鋰電池少充,不充甚至是轉移能量,以達到在整個鋰電池組的容量小的鋰電池繼續充電并且容量滿鋰電池不損壞的目的。

        充電均衡的功能是防止鋰電池組內的鋰電池過充電,部分結構在放電使用中,可能會帶來的某些負面影響。由于充電均衡僅僅保證了鋰電池在充電中,容量最小的鋰電池不過充,在放電過程中,它能釋放的能量也是最小的,因此這些鋰電池過度放電的可能性很大。如果BMS控制不好的情況下,這些容量小的鋰電池已經處于深度放電條件下,鋰電池組的整體仍蘊含較高的能量(表現在鋰電池組電壓較高)。往往充電均衡需要與放電均衡一起使用。

        2.放電均衡在鋰電池組輸出功率時,通過補充電能限制容量低的鋰電池放電,使得它單體電壓不低于預設值(一般要比放電終止電壓高一點)。

        補充一下:預設值是很難設計的,與不同的鋰電池種類有很大的關系。兩個重要參數充電截止電壓和放電終止電壓,均和鋰電池溫度,充放電流很關。

        3. 動態均衡:工作與鋰電池充電狀態,放電狀態態,還是浮置狀態(idle),可通過能量轉換的方法實現組中單體電壓的平衡,實時保持相近的荷電程度。 事實上,關于idle狀態的轉化可能引起額外的能量消耗,因此需要謹慎評估,不能把鋰電池自己的能量轉來轉去,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。打個比喻是,削甘蔗,為了保持每段的均勻,不斷把長的削斷,最后把所有的甘蔗都削沒了。

       

       
       
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