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藍牙鋰電池一致性問題解決方案


  藍牙鋰電池應用的主要問題是電池成組應用問題。為解決“電池一致性問題”,業內普遍使用電池均衡技術。目前,業界把主流電池均衡技術分為被動均衡法(能耗分流法),主動均衡法(動態均衡法),內均衡法(自然均衡法)三種。
  被動均衡法是通過放電均衡的辦法讓電池組內的電池電壓趨于一致。在傳統能耗型BMS系統中,以被動均衡為主,采用單體電池并聯分流能耗電阻的方式,且只能在充電過程中做均衡工作,多余的能量被消耗到消耗電阻上,效率為零。同時,均衡電流很小,通常小于100mA,對大容量電池的作用可忽略不計,SOC估算精度也很低。
  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:一是電阻能消耗放電,浪費能量,產生熱量;二是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最高,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。
  主動均衡法,是針對電池在使用過程中產生的容量個體,及自放電率產生的電壓差異進行主動均衡。其主要功能是在電池組充電、放電或放置過程中,都可在電池組內部對電池單體之間的差異性進行主動均衡,以消除電池成組后由于自身和使用過程中產生的各種不一致性。
  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:一是技術復雜,成本高,實現困難;二是頻繁切換均衡電路,對電池造成的傷害大,影響電池的壽命。
  目前,無論是被動均衡技術還是主動均衡技術,都不能很好地解決問題。究其原因,目前普遍使用的充放電控制過程,是以固定的電壓作為充放電終止條件,而電池在工作過程中,其有效電壓范圍是隨著溫度、充放電流和循環周期等條件在不斷變化,因此,采用固定電壓控制充放電,極易造成電池的過充或過放。而溫度的變化會造成藍牙鋰電池內部材料的老化,使電池過早劣化。雖然研究人員一直在探索并提出一些解決方案,并對電池進行了建模和仿真,但算法過于復雜,不適合在電池管理系統的單片機上運行。由于缺乏普遍性,需要對特定品牌和型號的電池進行復雜的辨識和建模,在電池組的充電設備上不斷進行改進,以獲得更平穩的充電電源,但作用仍然有限。
  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。
  近年來,BMS采用內均衡的方法在國內外80多家動力電池廠及不同車型的電動車廠家做過大量實際驗證,均取得了很好的應用效果,得到業界廣泛好評。
  通過三種均衡模式的對比,并經過大量實踐案例證明,BMS“內均衡技術”遵循了“電池拐點”理論,既省去了繁雜且違背電池固有規律做法的硬件成本,又降低了藍牙鋰電池成組應用的運營成本,得到業界廣泛認可。
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