焉知汽车科技|有效延长电池使用寿命，BMS均衡设计( 二 )

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容量不一致电池,放电状态
②容量一致,SOC不一致
这种状态下类似于每个碗都是完好的,但是碗内的水量不尽相同,有的当前电量是满电状态的70%,有的是50%如下图所示,容量相同的三节电芯SOC当前电量与满电电量占比不一样,所以电池装配Pack满足第二个条件,SOC一致性,不同SOC电芯不能混合使用(当然也可以通过均衡设备修复SOC一致性) 。

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电池容量一致,SOC不同
SOC最高的电芯最先充满,SOC最低电芯最先放空,而且此时只能停止充放电以避免过充和过放行为,发生SOC的电芯是整个电池包容量的瓶颈

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电池容量一直,SOC不一致,充放电瓶颈
③容量和SOC都不一致
实际的用车场景往往更复杂,电芯的容量和SOC都可能不一致,这类似于有的碗有缺口有的碗没有缺口,有缺口的碗的缺口大小还不一致同时,每个碗里的水量也不一样,这时无法再简单地将电芯当前的容量或者SOC作为评判标准,这对均衡逻辑判断及控制模块提出了较高的要求

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实际用车场景后的电池状态,容量与SOC更复杂
电池均衡如何工作?
电芯外部能够实时测量的变量有三个,电压,电流与温度将变量信息引入算法即可得到每节电芯的SOC值及此时电芯的可用容量,并以此综合判断电芯间的不一致状态来决定电池包是否需要进入均衡状态,电池均衡技术主要分为两种被动均衡与主动均衡

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电池与BMS板接线示意图
被动均衡
又称为能量耗散式均衡,工作原理是在每节电芯上并联一个电阻,当某个电芯已经提前充满,而又需要继续给其它电芯充电时接上电阻,对其进行放电把多余的能量耗散掉

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被动均衡电路设计
其优点是结构简单,布局成本低硬件实现简单等,在电动汽车上广泛应用缺点是多余的能量直接转化为热量散发能量使用效率低(被动均衡电流通常在1A以下),对电路稳定性有影响因此,对被动均衡电路来说一个优秀可靠的均衡控制策略就显得尤为重要。
主动均衡
又称非能量耗散式均衡,其原理为将能量高的电芯内的能量转移到能量低的电芯中去,比如说这个碗里装不下东西时把部分东西贡献转移到没有填满的碗

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主动均衡在充放电示意图
主动均衡电路的优势在于能量损耗较小,但是其回路成本高,拓扑结构复杂而且电容和电感的体积大会导致空间需求大等,因此如何攻破主动均衡在结构硬件上的难题是目前各BMS研发团队的研究重点之一。

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主动均衡电路设计
不论是主动均衡还是被动均衡都是如何让每个碗都尽量的多装水,同时也可以将碗内的水都尽量放空是电池均衡策略设计的最终目标。
被动均衡适合于小容量、低串数的锂电池组应用,主动均衡适用于高串数、大容量的动力型锂电池组应用。与其说哪种均衡技术更好,不如说这背后需要采用的策略更为重要。