電芯均衡這個(gè)概念相信大家都接觸過(guò)，主要是因為目前的電芯一致性不夠好，需要通過(guò)均衡去改善它，類(lèi)似世界上找不到兩片相同的樹(shù)葉一樣，你也找不到兩個(gè)相同的電芯。所以說(shuō)到底，均衡是為了解決電芯的缺點(diǎn)，是一種彌補的手段，根本上是電池相關(guān)技術(shù)（例如成組技術(shù)）要發(fā)展、突破；而不是總想著(zhù)在均衡技術(shù)上面突破，想著(zhù)怎么提升均衡電流、提高均衡效率。未來(lái)的電芯是不需要均衡的，甚至都不需要BMS，我也就失業(yè)了。
那么電芯的不一致性表現在哪些方面呢？
主要包括四點(diǎn)：SOC、內阻、自放電電流、容量。但是均衡不能完全解決這4個(gè)差異點(diǎn)，均衡只能彌補SOC的差異，順便解決了自放電不一致的問(wèn)題。但對于內阻和容量來(lái)說(shuō)，均衡是無(wú)能為力的。
那么電芯的不一致是怎么造成的呢？
主要是兩個(gè)方面：一是電芯生產(chǎn)加工造成的不一致性，二是電芯使用環(huán)境造成的不一致性。生產(chǎn)的不一致原因來(lái)源于加工的工藝、材料等因素，我這樣說(shuō)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，實(shí)際里面的事情很復雜；環(huán)境的不一致性就容易理解了，由于每一個(gè)電芯在PACK中的位置不同，所以環(huán)境一定會(huì )有差異，比如溫度就會(huì )有細微的不同，長(cháng)期累積后，造成電芯的不一致。
前面提了，均衡是用來(lái)消除電芯的SOC差異，理想狀態(tài)下，它時(shí)刻保持每一個(gè)電芯的SOC相同，讓所有電芯同步到達充放電的上下電壓限值，讓電池組可利用的容量變大。SOC差異有兩種場(chǎng)景，一是電芯容量相同，而SOC不同；二是電芯的容量不同，SOC也不同。
下圖是場(chǎng)景一，電芯的容量相同，SOC不同；其中SOC最小的電芯最先到達放電下限（假設25％ SOC是下限），SOC最大的電芯最先到達充電上限；在均衡的作用下，所有電芯保持相同的SOC進(jìn)行充放電。
均衡對于不同容量的電芯（場(chǎng)景二），情況麻煩一些，如下圖，電芯的容量不同，SOC也不同；這樣容量最少的電芯最先充滿(mǎn)電，也最先放完電；在均衡的作用下，所有的電芯保持相同的SOC進(jìn)行充放電。
所以均衡對于目前的電芯來(lái)講，是一個(gè)很重要的功能。均衡功能的實(shí)現方案分為兩種，主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡；被動(dòng)均衡就是用電阻放電，主動(dòng)均衡就是讓電荷在電芯之間流動(dòng)，其實(shí)關(guān)于這兩種的叫法也有一些爭議，不做展開(kāi)；其中被動(dòng)均衡在現實(shí)中應用的比較多，而主動(dòng)的較少。
對于被動(dòng)均衡來(lái)講，BMS的均衡電流大小該怎么決定呢？不負責任地講，當然是越大越好了，不過(guò)考慮成本、散熱、空間等，需要做一個(gè)折中。
選擇均衡電流之前要弄清造成SOC的差異是屬于場(chǎng)景一還是場(chǎng)景二，目前很多情況更接近場(chǎng)景一：電芯開(kāi)始時(shí)容量、SOC幾乎是一致的，但隨著(zhù)使用，尤其是電芯的自放電差異，導致每個(gè)電芯的SOC逐漸不同，所以均衡的能力最起碼要能消除自放電差異帶來(lái)的影響。據此，下面是均衡電流的計算公式，公式很簡(jiǎn)單。
圖片來(lái)源于liionbms
如果所有電芯的自放電一致，那么也不需要均衡；但如果不一致，自放電電流有差異時(shí)，就會(huì )造成SOC差異，均衡就是要彌補這個(gè)自放電電流差異。另外，由于每天的平均均衡時(shí)間是有限的，而自放電是每天持續的，所以時(shí)間因素也要考慮進(jìn)來(lái)。上圖是按照每天不同的均衡時(shí)間，畫(huà)出的關(guān)于均衡電流與自放電電流差值的一個(gè)圖。所以如果知道了電芯的自放電率，就可以計算出一個(gè)需要的均衡電流，不過(guò)這個(gè)計算結果是一個(gè)下限值，實(shí)際的均衡能力一定要大于這個(gè)值。
總結：
本文把涉及到均衡的前因后果粗略介紹了一下，后面提到了被動(dòng)均衡電流的計算，其實(shí)這個(gè)還是比較理想、粗略的值，實(shí)際情況更復雜，但它最起碼有理有據；通常見(jiàn)到的BMS上面被動(dòng)均衡電流在100mA左右，至于它的來(lái)歷很多是根據歷史經(jīng)驗的，有點(diǎn)說(shuō)不清楚。下一篇準備結合AFE，討論一下均衡涉及到的電路部分。以上所有，僅供參考。 |
