鋰電池模組均衡系統可解決鋰電池組電壓不一致問題

來源：存能電氣  日期：2020-07-21 16:57  瀏覽量：次

鋰電池模組均衡系統可解決鋰電池組電壓不一致問題。由于電池性能不一致的問題，使得成組電池在利用率、使用壽命、安全性等方面的性能遠不及單體電池。具有高效均衡管理功能的電池管理系統能夠大幅提高動力電池組的整體性能、有效的延長電池組的使用壽命、大大降低整車的使用和維護成本。為安全、高效、實用的電動汽車的推廣提供技術保障。

鋰電池模組均衡系統可解決鋰電池組電壓不一致問題

鋰電池的不一致性會影響電池組的使用壽命，降低了電池成組后的性能。鋰電池成組不一致性是指單體電池的容量、電壓、內阻、自放電速率等參數存在差異，是由鋰電池組的組合結構、使用工況、使用環境、電池管理不同所致。單體電池的不一致性是電池組性能的重要影響因素，它能降低電池組的可用容量，并降低電池組的循環壽命。

鋰電池組的一致性問題是指在電池組內串聯單體電池之間在容量、內阻、SOC等方面的差異性，這直接決定了整組電池的使用性能，從而影響到電動汽車的動力性和續航里程。鋰電池成組不一致的原因主要是單體電池的初始差異和電池成組后的結構、使用工況及環境差異。

為了緩解電池成組后帶來的性能下降和壽命縮減等問題，可以優化電池的制造工藝，減少電池的初始差異；在電池成組前進行篩選，將不一致性較小的電池成組；在組合電池組系統時，充分考慮連接方式和結構對不一致性的影響；在使用過程中進行合理的電池管理，有效的均衡以及熱管理，減少因使用條件不同而造成的不一致。

鋰電池組不一致性的原因

①在制造過程中，由于工藝上的問題和材質的不均勻，使得電池極板活性物質的活化程度和厚度、微孔率、連條、隔板等存在很微小的差別，就會使同一批次出廠的同一型號電池的容量、內阻等不可能完全一致。

②在裝車使用時，由于鋰電池組中各個電池的電解液密度、溫度和通風條件、自放電程度及充放電過程的呢過差別的影響，在一定程度上增加了電池的電壓、內阻及容量等參數的不一致。

鋰電池的均衡技術有哪幾種？

鋰電池制作的主要問題是電池成組應用問題，為解決“電池一致性問題”，業內普遍使用均衡技術，目前，業界把主流電池均衡技術分為被動均衡法、主動均衡法、內均衡法三種。

1、常用的均衡法有通過電路實現的主動均衡法和被動均衡法。被動均衡法是通過電路將電壓高的單體電池接通一個負載電阻來對它進行放電，通過比較電路來判斷其電壓是否與其他單體電池的電壓相同，如果相同就停止放電，被動均衡法的缺點是消耗了單體電池的能量，產生熱量，均衡時間長。

被動均衡法的特點是原理簡單，容易實現，當均衡電流較小時，器件成本相對較低，但存在兩大問題：①電阻能消耗放電，浪費能量，產生熱量；②由于放電電阻不可能選得太小，充電結束時，根據電池特性往往小容量電池的電壓較高，在靜態均衡時，放掉的恰恰是小容量電池的電量，反而加大了電池間的互差。

2、主動均衡法是指在充放電時不把電壓較高的電池能量通過電阻消耗掉，而是將其能量傳遞到電壓較低的電池，從而實現鋰電池組的均衡充放電；主動均衡電路復雜，不能同時對所有的電池進行均衡，可靠性有待提高。

主動均衡法的主要特點有采用DC/CD雙向有源均衡電路，均衡效率高，充電、放電和靜態過程中都做均衡，平衡電流大，均衡速度較快，但也存在兩大問題：①技術復雜、成本高、實現困難；②頻繁切換均衡電路，對電池造成的傷害大，影響電池的壽命。

3、內均衡法是利用BMS在對串聯電池充電的過程中，通過調節充電電流和控制充電電壓的拓撲算法，使得電池組中各單體電池荷電量達到基本一致。內均衡技術的特點是算法簡單、沒有能量損失、沒有增加附加的充放電過程、不影響電池壽命、不增加硬件設備，但如果電池的荷電量相差很大，則需要較長的時間才能均衡。

電池的不一致性來自于電池內阻、容量和SOC，而傳統一致性評價方法和均衡方式以外電壓一致性作為控制目標，并沒有有效地提高電池組的可用容量，所以也不能改善電池組一致性問題對成組電池使用造成的不良影響。

由于直流內阻、極化電壓、最大可用容量為電池的特定參數，在一次或連續的幾次充放電過程中基本不發生變化，所以電池組的均衡主要通過調整各單體電池的SOC來實現。經研究，以SOC作為均衡的參考對象，均衡對象相對固定，充分利用均衡時間，提高均衡利用率來降低均衡電流容量。

從電池管理系統角度，在電池組使用過程中檢測單體電池參數，尤其是動、靜態情況下電壓分布情況，掌握電池組中單體電池不一致性發展規律，對極端參數電池進行及時調整或更換，以保證電池組參數不一致性隨使用時間而增大。同時從能量的管理和策略上，引入實用性電池組能量管理和均衡系統，制定合理的電池均衡策略，主動干預和降低電池的不一致性。