电池均衡技术

BMS（电池管理系统）中的核心技术，锂电池均衡技术，希望这份脑图会对你有所帮助。

电池均衡技术

• 概念引入
  • 电池均衡技术一般适用于锂电池，锂电池在实际应用场景中，是以串联，并联多个电芯的形式存在的。串联可增加电池的电压，并联可以增加电池的电流。电芯成组，模组成包。
  • 基础是电芯间的均衡策略，进阶是模组间的均衡策略，还有比较少见的电芯和模组间的均衡策略。
• 均衡原因
  • 锂电池过充（电压高于上限）容易产生危险，如电瓶车起火一般都是这个原因造成的；过放（电压低于下限）就会对电池造成损伤。所以电池在充放电的时候会设置安全线，一旦电池中有一节电芯触碰安全线，就会停止充放电。所以电池均衡技术是为了让电池充电的过程中储备更多地电能，放电过程能充分利用更多电能。
  • 类比：可乐瓶容量辅助理解不做均衡会带来什么结果。
• 触发方式
  • 电压
    • 以电压为标准划定安全上下限制定相关策略。
  • SOC
    • 以SOC（电池剩余容量）划定安全上下限制定相关策略。
  • SOC和电压正相关，是电压通过一定的方法计算出来的数据，所以涵盖的信息比电压更全面。（类比量杯刻度和容量）
• 均衡方式
  • 被动均衡
    • 概念
      • 充电过程中，在其中某些电芯到达电压上限时，对这些电池进行放电，给其他电芯争取继续充电时间；对放电无效。
    • 常用方法
      • 对每个电芯接一个电阻，当检测到某一节电芯的相关参数达到保护值，但是还想要给电池继续充电时，闭合这节电芯对应的电阻开关，对该电芯进行放电，以热量的形式消耗掉，从而给其他电芯争取更多的充电时间。
    • 优缺点
      • 优点：结构简单，成本低，维护方便。
      • 缺点：释放的电能都浪费了；对于复杂的应用场景不适用。
    • 使用范围
      • 小容量、低串数的锂电池组应用。
  • 主动均衡
    • 概念
      • 对充放电都有用，电池内所有电芯都接受一定程度的统一调度转移，争取最大限度使用电能。
    • 常用方法
      • 削高填低型
        • 相邻电芯间，将高电压的电芯电量转移到低电压电芯中。
          • 电容式均衡
          • 电感式均衡
          • 变压器式均衡
      • 并联均衡型
        • 在锂电池充电过程中，分流充电电流，给电压低的电芯多充电，而电压高的电芯少充电。
    • 优缺点
      • 优点：主动均衡电路均衡效率高；充电、放电和静态过程都适用；平衡电流大，均衡速度较快。
      • 缺点：技术复杂，成本高，实现困难；因需频繁切换均衡电路，对锂电池造成的伤害大，影响锂动力电池的寿命。
    • 使用范围
      • 大容量、高串数的锂电池组应用。
• 发展趋势
  • 目前市场上采用被动均衡的电池管理系统较多，被动均衡技术先于主动均衡在锂动力电池市场中应用，技术也较为成熟，被动均衡结构更为简单，使用比较广泛。
  • 主动均衡技术在应对复杂应用场景时更具竞争力，将会是储能市场后续的主要均衡形式。而动力电池由于容量是有限的，不太需要考虑其拓展性，所以只要有合理的被动策略，也能达到较好的效果。
• 引申问题
  • 能否详细介绍一下所参与的电池包设计项目？类型、应用场景、容量大小（电动汽车常规容量在54-60Ah，Ah*电压=Wh；Wh/1000=kWh）等。
  • 电池包拓扑图设计时是如何考虑的？
  • 实际均衡策略如何，期间遇到什么困难，如何解决的？
  • 对不同类型的电池包有没有详细了解过各自的优缺点？