杭州固恒能源科技有限公司
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一、行業(yè)背景
隨著環(huán)保意識的日益增強(qiáng)，新能源汽車作為綠色出行方式正受到越來越多人的青睞。其中，動力電池包作為新能源汽車的關(guān)鍵部件，其性能直接關(guān)系到車輛的行駛里程和壽命。而動力電池包是由千百個(gè)電芯組成整體，在新能源電動車使用過程中，隨著充放電循環(huán)的次數(shù)增加，各個(gè)電芯的差異會逐漸放大，電池組包的實(shí)際容量取決于容量最小的那顆電芯容量，電芯容量差會直接影響繼航里程。
由于電池包自帶的均衡系統(tǒng)效率低、效果不佳，所以很難滿足電池均衡的需求。因此，維修人員都傾向于使用電池均衡儀來維護(hù)電池性能，提高電池組實(shí)際容量。
二、電池為什么需要均衡？
電池均衡的意義就是利用電力電子技術(shù)，使鋰離子電池單體電壓或電池組電壓偏差保持在預(yù)期的范圍內(nèi)，從而保證每個(gè)單體電池在正常的使用時(shí)保持相同狀態(tài)，以避免過充、過放的發(fā)生。
電池包是由多個(gè)單體電芯組成的，由于電池的制作工藝、制作材料、工作環(huán)境的不同，電池包內(nèi)部的單體電池存在不一致性，動力電池的不一致性指的是容量、電阻、電壓的不一致性。不一致性最直觀就體現(xiàn)在電池的電壓不同。
電池包充放電由BMS控制，假設(shè)電池包某個(gè)單體電芯的SOC高于其他單體，在充電過程中這哥單體電芯就會率先充滿，其他單體電芯即使沒有達(dá)到額定容量，也會停止充電；
同理假設(shè)負(fù)載過程中某節(jié)電池的SOC低于其他單體，它在放電過程中會首先達(dá)到放電的截止電壓，其他單體電池即使還有剩余容量也無法釋放。電池包內(nèi)的電芯充放電遵循“木桶理論”，其最高/最低截止電壓都是由最先達(dá)到截止電壓的電芯去控制的，所以想要提高電池包的有效容量，提升新能源汽車的續(xù)航里程，就必須要做均衡。
三、電池均衡方法
電池均衡一般分為被動均衡、主動均衡兩種。
主動均衡方法：
主動均衡技術(shù)通過精確控制各電池單體的充放電過程來實(shí)現(xiàn)均衡。
被動均衡方法：
被動均衡技術(shù)利用外部電阻或?qū)ｉT放電裝置，消耗掉多余的能量。
四、電池均衡場景
現(xiàn)在市面上的部分電池有被動均衡功能，即BMS自帶的均衡功能。但若電芯的壓差過大（0.3-0.5V），此時(shí)被動均衡的效果微乎其微，就需要使用維護(hù)設(shè)備來控制各單體電池的充放電來實(shí)現(xiàn)均衡，并且主動均衡有均衡速度快、均衡效果好、能量利用率高等優(yōu)點(diǎn)。
? ? ? ?針對于不同的均衡場景，要使用合適的維護(hù)設(shè)備，以由12個(gè)磷酸鐵鋰電池組成的一個(gè)電池模組示例，來模擬電池均衡場景。
場景1
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 3.295 | 3.296 | 3.295 | 3.293 | 3.294 | 3.187 | 3.293 | 3.294 | 3.296 | 3.295 | 3.294 | 3.292 |
該模組的6號電芯電壓遠(yuǎn)小于其他電芯，若一個(gè)模組內(nèi)的某個(gè)電芯相較于其他電芯有很大壓差，可以使用單體充放電維護(hù)儀，將該單體電芯充電到和其他電芯接近的電壓（3.294V），維護(hù)后的效果如下：
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 3.295 | 3.296 | 3.295 | 3.293 | 3.294 | 3.294 | 3.293 | 3.294 | 3.296 | 3.295 | 3.294 | 3.292 |
此時(shí)該模組的各電芯壓差在5mv以內(nèi)，壓差大的問題就很好的解決了，如果想要壓差更小，可以使用均衡維護(hù)儀做均衡維護(hù)。
單體充放電維護(hù)儀
場景2
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 3.334 | 3.219 | 3.323 | 3.291 | 3.276 | 3.269 | 3.194 | 3.287 | 3.179 | 3.184 | 3.211 | 3.302 |
該模組的各電芯最低電壓為3.179V，最高電壓為3.334V，壓差為0.155V。此時(shí)若是使用單體充放電維護(hù)儀逐個(gè)給單體電芯充電到一致的電壓，工作效率很低。需要使用均衡維護(hù)儀，將所有的單體電芯并放到一致的電壓（3.000V），維護(hù)后的效果如下：
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 3.000 | 3.001 | 3.000 | 3.002 | 3.001 | 3.000 | 3.000 | 3.001 | 3.000 | 3.001 | 3.000 | 3.002 |
此時(shí)該模組的各電芯壓差在3mv以內(nèi)，壓差大的問題就很好的解決了。
均衡維護(hù)儀
場景3
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 3.645 | 3.639 | 3.640 | 3.637 | 3.638 | 3.587 | 3.625 | 3.608 | 3.613 | 3.597 | 3.585 | 3.622 |
該模組的各電芯最低電壓為3.585V，最高電壓為3.647V，壓差為0.062V。此時(shí)需要使用均衡維護(hù)儀，將所有的單體電芯并充到一致的電壓（3.650V），維護(hù)后的效果如下：
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 3.649 | 3.650 | 3.650 | 3.648 | 3.650 | 3.650 | 3.649 | 3.650 | 3.650 | 3.648 | 3.649 | 3.649 |
此時(shí)該模組的各電芯壓差在3mv以內(nèi)，壓差大的問題就很好的解決了。
場景4
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 3.334 | 3.119 | 3.423 | 3.291 | 3.476 | 3.169 | 3.294 | 3.387 | 3.279 | 3.184 | 3.211 | 3.302 |
該模組的各電芯最低電壓為3.119V，最高電壓為3.476V，壓差在0.3V以上?？梢允褂?strong>均衡維護(hù)儀，若想要維護(hù)效率更高，可以使用多通道的單體充放電維護(hù)儀，電池充放電的速度和充電電流大小有關(guān)，多通道單體充放電維護(hù)儀用20A的大電流同時(shí)給這十二個(gè)電芯充電。
為了便于夾子夾在電芯上，使用電極引出工裝引出需要維護(hù)的電芯，將它們同時(shí)充到一致的電壓（3.650V），維護(hù)后的效果如下：
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 3.649 | 3.650 | 3.650 | 3.648 | 3.650 | 3.650 | 3.649 | 3.650 | 3.650 | 3.648 | 3.649 | 3.649 |
此時(shí)該模組的各電芯壓差在3mv以內(nèi)，壓差大的問題就很好的解決了。
多通道單體充放電維護(hù)儀
電極引出工裝
? ? ? ?磷酸鐵鋰電池電壓和SOC曲線在3.00V-3.65V時(shí)曲率很低，所以均衡維護(hù)時(shí)一般滿充滿放（并充維護(hù)目標(biāo)電壓選擇3.65V，并放維護(hù)目標(biāo)電壓選擇3.00V）。三元鋰電池電壓和SOC曲線基本是線性關(guān)系，所以根據(jù)電芯電壓情況合理選擇目標(biāo)電壓值。
五、電池均衡精度
電流通過單體電芯，會在兩端產(chǎn)生的電位差（電勢差）稱為電壓降。簡單來說，電壓降就是指在電流通過單體電芯時(shí)，會使得電路中的電壓水平下降。這個(gè)下降的幅度取決于通過的電流大小和電芯阻值的大小。
由于電壓降的存在，會導(dǎo)致給單體電池充電時(shí)，最后的實(shí)際電壓達(dá)不到設(shè)置的目標(biāo)電壓，比如想要將一個(gè)模組內(nèi)所有的電芯并充到3.500V，通常實(shí)際電壓達(dá)不到3.500V。
我司設(shè)備為了解決電壓降的問題，設(shè)置了去極化功能。在即將達(dá)到截止電壓時(shí)，會自動降流。從而減小電壓降對于充放電維護(hù)的影響，使得維護(hù)后的實(shí)際電壓值更接近設(shè)置的目標(biāo)電壓值。
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