BMS均衡和典型车企的均衡电流大小
电芯在生产制造和后续的使用过程中,一致性会逐渐变差,有些是生产过程中的因素所致,有些是后天各电芯温度不均所致,使得电芯在容量,SOC,内阻等方面变得不一致。
如在充电过程中,某电芯率先达到充电截至电压,那么充电截至(而其他电芯还没达到);在放电过程中,某电芯率先达到放电截至电压,那么将不允许继续放电(而其他电芯还有多余电量没有使用)。所以,电池包的容量往往由容量最小的电芯所决定,这种不一致性将直接导致整车的续航里程,加速度等性能变差。
因此,通常需要进行电池均衡,以减少这种不一致,但一般地只能减少不同SOC的影响。
主被动均衡
工程实践中常适用的方案包括被动均衡和主动均衡法。
被动均衡即通过电阻等对容量过高的电芯进行放电,使多余的电量以热的形式散发掉(因此,也往往被称之为耗散型均衡)。这种方法简单,成本低,但是均衡的速度比较慢,而且增加了电池包内的热。特斯拉Model S,日产Leaf,福特Fusion,通用雪弗兰Volt,三菱I-MiEV等均采用这种方法。相比其他车企,特斯拉采用这种方法有相当的优势:一是松下电芯的生产一致性很好(先天);二是,特斯拉自身的热管理做得很好,电芯温度的均匀性较好(后天)。所以,它对均衡的需求没有那么大。
主动均衡即是通过一定的方法,把有过多电能的电芯电量转移到相对少的电芯上,可以通过电感、电容、变压器、变换器等零部件来实现,工程实践中采用较多的是变压器的方案。一般地,在充电过程中进行顶部均衡的方法,即BMS识别电压过高的电芯,向外放电;在放电过程中进行底部均衡,即BMS识别电压过低的电芯,由外对其进行充电。
根据电量转移路径的不同,可以分为电芯到电芯的方式、电芯-PACK的方式,电芯-模组的方式,电芯-PACK-电芯的方式等。主动均衡的均衡效率高,但成本和复杂度也相应增加,而且容易发生故障。
均衡的时机
大多数车企会选择在充电过程和车辆静止时进行,比较确认的是特斯拉Model S在静止时进行,宝马i3在车辆静止时进行均衡。下图是i3的均衡电路和均衡电阻。在车辆静止时,BMS会定时唤醒,对各个电芯的电压进行比较。以电压最低的电芯为基准,电压明显高的电芯是放电的对象。BMS通过Local-CAN向电芯监控单元发出指令,启动均衡。
均衡电流
另一个我们经常关心的问题是:一般来说,均衡电流是多大。根据均衡电流的公式,均衡电流=电芯相互之间的容量差÷可用于均衡的时间。可以来计算所需要的电流。这里我们也可以看出为什么均衡的时机往往选在充电和车辆静止时,因为这两个场景留给均衡的时间比较充足,这样可以减少均衡电流。
几个典型车企的均衡电流如下表所示:
均衡是一种事后医治行为,如果能在前端(电芯生产一致性,电芯工作温度的均匀性)解决好,还是尽量避免均衡的使用,尤其是主动均衡。