剖析电池系统“股票上天入地什么意思均衡”本质,非低品质电池救命稻草

新蕾 新蕾 06月22日

平全文

系统“均衡”技术并非新概念

“电池均衡”并不是新鲜的名词,至少在镍镉电池上使用了30年。只是早期的技术简单、低效,其原理和方法是:使用功率型电阻,把串联中最高的哪节电池单体电压,采用耗能的形式降下来,缩小压差;同时,可防止因过充导致的事故。和今天的技术发展相比,在硬件和软件管理方面,没有可比性。但就其机理而言是相同的,同样是:保障电池的安全性、缩小单体电池差异性。

“均衡”技术因电池串联而生

电芯在系统中的应用,主要是通过串联形式,获取高电压,来满足负载要求。比如说额定48V电源的电压,是由单体标称3.7V ,12~13颗单体电芯串联而成的电压叠加效应。12~13颗电芯个体,因生产工艺的差异性,例如,生产日期、环境差异、极片厚度、面积、电解液加注量等等环节,是无法做到一模一样的,只能在一定范围内满足偏差要求。所以,其本征物理量的差异性,就不难理解了。但是其串联回路,在充放电时,流过的电流是一样的。如果使用r代表一颗电芯的内阻,哪么,因内阻的差异,就会导致单体电芯表现的电压不同。当在充电环节时,内阻大的会提前充满或接近上限电压,这个时候,为了防止过充损坏或导致灾难性结果,就需要把最高的单体电压拉下来,接近或保持在上限数值内。这就是均衡的一种形式,也是均衡技术的原型和基础。在最早2010版的leaf,就采用了这种技术。我常把它归结为 “保护型均衡”。原因是,其主要功能还是为了防止过充。

剖析电池系统“均衡”本质,非低品质电池救命稻草

“均衡”是实现单体本征特性达到或趋于一致的过程

或者说,均衡是让每个单体参数接近一组电芯的平均值。电压是电池本征参数之一,很多时候,均衡最直接的表现形式,就是电压的均衡。均衡前,串联的电芯个体,表现出来就是电压的不一致性。缩小压差,达到规定的数值,是均衡的另一种形式,也是最终需要实现的功能。

剖析电池系统“均衡”本质,非低品质电池救命稻草

剖析电池系统“均衡”本质,非低品质电池救命稻草

因串联单体差异,SOC上限只能接近100%

从理论上计算,单体电压按相同值计算,其荷电状态 SOC应为100%,U=V1n。但是,现实应用中,SOC是不可能做到满满的。这一点,需要技术人员的理解,在设计过程中,提出技术需求时,只能是接近100%的数值,例如,上限SOC是95%,这是合理的。这个数据的确定,需要通过电芯本体的特性、系统的集成水平,通过实验获得。

如果是面对客户的一些指标,的确也有SOC 100%估值提法,比如说在仪表显示,但这是为了更好的让客户理解的一种做法。并不完全代表真实数据。

通过“均衡“,提升系统可用容量,这是怎么回事?

这个问题需要从两个方面说起:一方面,站在充电的环节来分析,当没有均衡电路功能时,串联中,某一单体电压达到上限时,监控电路上报后启动控制电路,停止继续充电;当具备均衡电路功能时,会即时监控压差和上限电压状态,并适时启动均衡功能,拉高就低。实际上,等于延长了系统充电时间。充进去的容量,自然要大于没有均衡功能的电路。其本质:通过压差值控制、上限值控制增加了可充容量。

剖析电池系统“均衡”本质,非低品质电池救命稻草

另一方面,从SOC可使用范围说起,当没有均衡功能时, SOC 两头的弹性区间是很“厚”的,虚值很大,为了保证安全,电池通常在20%到80%的SOC范围内使用,提供给负载只有60%。如果增加了均衡功能,SOC范围完全可能从5%到95%,将可使用数值百分比增加到90%。其实,是让电池可用部分增加了。其本质表现为改变了DOD(充放电深度)。当然了,SOC 窗口边界数值,会因电芯不同、BMS 不同,而存在差异的。不要拘泥于案例数值。

所以说,均衡功能更多的是改变了“木桶”原理最短的哪一块板。

改变DOD深度,让电池更银鸽投资股票行情东方财富高效

从上述分析,均衡电路的应用,可以很好的拓展SOC应用区间。假如说,一个系统10KWh, 如果可以提升10%的利用率,成本、重量、能量密度的贡献,都是相当可观的。当然了,SOC 区间可用部分,并不完全取决于均衡,还有多种因素存在,例如:电化学因素导致的SOC区间缓冲区间、SOC算法估计导致的SOC缓冲区间等,都是可用区中午收盘前股票拉升间变窄的原因。所以说,电池系统,才有了“掐头去尾”这么一种说法。但是,均衡电路在其中的贡献是一定存在的。需要综合评估。我们有时评经验设定下限的做法,一个台阶就是5%,10%,没有根据电芯固有特性、环境温度等分别标定对待SOC边界,做到精打细算,对于电池效率是一种很大的浪费。

均衡作用不会改变电芯固有本质

前面重点阐述均衡本质,我们再回头看看,对电芯的影响程度。电芯的本征,重点体现在内阻、电压的变化,这是可以直接测量的,潜在对应的是计算得出的功率和容量。在均衡功能对改善电池系统状态方面,一直存在不同观点和争议。但是,有一点是可以肯定的:增加均衡功能,是无法改变电芯个体固有特性的。但是,是否可以延缓电芯性能的衰减,有待于进一步研究和使用数据证明。所以说,一味的把均衡功能作用夸大,是不正确的。

国内外产品对均衡功能不同的应用和理解

在分析leaf、Volt、宝马等国外车型的时候,发现其均衡功能,和我们理解的存在偏差:一方面从均衡硬件上,其均衡电流在100~200mA之间,这么小的电流平衡,其作用微乎其微。也有人归结为电芯高品质毋须大电流均衡。另一方面,在设计均衡硬件电路方面显得非常谨慎,例如,采用专属自己和产品的芯片,全面的散热、间隔设计;充分的冗余设计。

总之,我认为其设计的核心,还是站在系统安全的高度完成的。高品质电芯,的确可以使均衡电路简化,有力的保障了系统的安全性、可靠性。同时,均衡本质是在回路内的能量内循环。故障的发生可导致严重的后果。所以,切莫照顾电芯的品质,弃安全于不顾。这样也会误导了均衡的发展方向。

均衡技术,不是低品质电池的救命稻草

我在看到一些BMS厂家,拼命的把均衡电流放大,来迎合国内一些低质电池的应用。其实,这真得不是 BMS 厂家的买点和初衷,更多的是他们的无奈,因为他们也得在国内市场存活。需要反思的:是整车厂提出得技术要求的严谨程度、电池厂家配套的电芯品质。国内电池与国外电池仍然存在大的差距,这是共识,所以说,国内电芯品质提升已然是迫在眉睫的事情,不仅需要前段一致性做好,关键是后段一致性也需要过硬。再辅于高效的均衡,这才是合理的和正确的发展思路。

进一步研究和探索

系统均衡,首先能保障系统更安全;其次是促进可充放电容量增加。其在深充深放的EV应用中,更能体现其优势。随着新能源发展的深入,还有更多的技术问题需要研究分析,例如:均衡工作点的最优切入点;如何准确捕捉判断股票代码872123电池状态;如何有效降低电池个体衰减速度等等,都是需要不断解决的问题。

相关阅读