電芯均衡這個(gè)概念相信大家都接觸過，主要是因?yàn)槟壳暗碾娦疽恢滦圆粔蚝茫枰ㄟ^均衡去改善它，類似世界上找不到兩片相同的樹葉一樣，你也找不到兩個(gè)相同的電芯。所以說到底，均衡是為了解決電芯的缺點(diǎn)，是一種彌補(bǔ)的手段，根本上是電池相關(guān)技術(shù)（例如成組技術(shù)）要發(fā)展、突破；而不是總想著在均衡技術(shù)上面突破，想著怎么提升均衡電流、提高均衡效率。未來的電芯是不需要均衡的，甚至都不需要BMS，我也就失業(yè)了。
那么電芯的不一致性表現(xiàn)在哪些方面呢？
主要包括四點(diǎn)：SOC、內(nèi)阻、自放電電流、容量。但是均衡不能完全解決這4個(gè)差異點(diǎn)，均衡只能彌補(bǔ)SOC的差異，順便解決了自放電不一致的問題。但對(duì)于內(nèi)阻和容量來說，均衡是無能為力的。
那么電芯的不一致是怎么造成的呢？
主要是兩個(gè)方面：一是電芯生產(chǎn)加工造成的不一致性，二是電芯使用環(huán)境造成的不一致性。生產(chǎn)的不一致原因來源于加工的工藝、材料等因素，我這樣說起來比較簡(jiǎn)單，實(shí)際里面的事情很復(fù)雜；環(huán)境的不一致性就容易理解了，由于每一個(gè)電芯在PACK中的位置不同，所以環(huán)境一定會(huì)有差異，比如溫度就會(huì)有細(xì)微的不同，長(zhǎng)期累積后，造成電芯的不一致。
前面提了，均衡是用來消除電芯的SOC差異，理想狀態(tài)下，它時(shí)刻保持每一個(gè)電芯的SOC相同，讓所有電芯同步到達(dá)充放電的上下電壓限值，讓電池組可利用的容量變大。SOC差異有兩種場(chǎng)景，一是電芯容量相同，而SOC不同；二是電芯的容量不同，SOC也不同。
下圖是場(chǎng)景一，電芯的容量相同，SOC不同；其中SOC最小的電芯最先到達(dá)放電下限（假設(shè)25％ SOC是下限），SOC最大的電芯最先到達(dá)充電上限；在均衡的作用下，所有電芯保持相同的SOC進(jìn)行充放電。
均衡對(duì)于不同容量的電芯（場(chǎng)景二），情況麻煩一些，如下圖，電芯的容量不同，SOC也不同；這樣容量最少的電芯最先充滿電，也最先放完電；在均衡的作用下，所有的電芯保持相同的SOC進(jìn)行充放電。
所以均衡對(duì)于目前的電芯來講，是一個(gè)很重要的功能。均衡功能的實(shí)現(xiàn)方案分為兩種，主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡；被動(dòng)均衡就是用電阻放電，主動(dòng)均衡就是讓電荷在電芯之間流動(dòng)，其實(shí)關(guān)于這兩種的叫法也有一些爭(zhēng)議，不做展開；其中被動(dòng)均衡在現(xiàn)實(shí)中應(yīng)用的比較多，而主動(dòng)的較少。
對(duì)于被動(dòng)均衡來講，BMS的均衡電流大小該怎么決定呢？不負(fù)責(zé)任地講，當(dāng)然是越大越好了，不過考慮成本、散熱、空間等，需要做一個(gè)折中。
選擇均衡電流之前要弄清造成SOC的差異是屬于場(chǎng)景一還是場(chǎng)景二，目前很多情況更接近場(chǎng)景一：電芯開始時(shí)容量、SOC幾乎是一致的，但隨著使用，尤其是電芯的自放電差異，導(dǎo)致每個(gè)電芯的SOC逐漸不同，所以均衡的能力最起碼要能消除自放電差異帶來的影響。據(jù)此，下面是均衡電流的計(jì)算公式，公式很簡(jiǎn)單。
圖片來源于liionbms
如果所有電芯的自放電一致，那么也不需要均衡；但如果不一致，自放電電流有差異時(shí)，就會(huì)造成SOC差異，均衡就是要彌補(bǔ)這個(gè)自放電電流差異。另外，由于每天的平均均衡時(shí)間是有限的，而自放電是每天持續(xù)的，所以時(shí)間因素也要考慮進(jìn)來。上圖是按照每天不同的均衡時(shí)間，畫出的關(guān)于均衡電流與自放電電流差值的一個(gè)圖。所以如果知道了電芯的自放電率，就可以計(jì)算出一個(gè)需要的均衡電流，不過這個(gè)計(jì)算結(jié)果是一個(gè)下限值，實(shí)際的均衡能力一定要大于這個(gè)值。
總結(jié)：
本文把涉及到均衡的前因后果粗略介紹了一下，后面提到了被動(dòng)均衡電流的計(jì)算，其實(shí)這個(gè)還是比較理想、粗略的值，實(shí)際情況更復(fù)雜，但它最起碼有理有據(jù)；通常見到的BMS上面被動(dòng)均衡電流在100mA左右，至于它的來歷很多是根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)的，有點(diǎn)說不清楚。下一篇準(zhǔn)備結(jié)合AFE，討論一下均衡涉及到的電路部分。以上所有，僅供參考。 |
