電動(dòng)車(chē)電池為什么不能全部用完再充電？老師傅告訴你！
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-19 10:27
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最近，很多用戶向我求助，問(wèn)我為什么電動(dòng)車(chē)電池不能全部用完再充電？針對(duì)這一問(wèn)題，作為一名修車(chē)師傅，今天來(lái)給大家詳細(xì)解答一下。
首先，需要了解的是，如果電動(dòng)車(chē)電池把電全部用完再充電，相當(dāng)于給電池做了一次深放電，會(huì)加速電池的損耗。而長(zhǎng)時(shí)間的深放電，會(huì)引起電池內(nèi)部極板和硫酸發(fā)生反應(yīng)形成結(jié)晶，也就是我們長(zhǎng)說(shuō)的硫化現(xiàn)象。而對(duì)于硫化基本上是很難修復(fù)的，即使是輕度硫化也會(huì)大大降低電動(dòng)車(chē)電池的壽命，縮短其續(xù)航能力。此外，重度硫化更是會(huì)直接導(dǎo)致電池報(bào)廢。因此，從這個(gè)方面來(lái)看，電動(dòng)車(chē)電池是不能全部用完再充電的。
其次，由于電池的平衡性不同，意味著同一組的單節(jié)電池之間放電時(shí)間有一定誤差，雖然這個(gè)誤差很小，但是也不能忽略，這會(huì)導(dǎo)致電池快沒(méi)電時(shí)出現(xiàn)電壓壓差。如果電池長(zhǎng)時(shí)間全部用完再充電，會(huì)引起電壓壓差變得越來(lái)越大，導(dǎo)致電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航縮短，出現(xiàn)單只電池落后的情況。因此，從這個(gè)方面來(lái)看，電動(dòng)車(chē)電池是不能全部用完再充電的。
最后，如果電動(dòng)車(chē)電池把電全部用完再充電，長(zhǎng)時(shí)間的這樣操作，還更容易拉傷電池，使其壽命下降。因此，從這個(gè)方面來(lái)看，電動(dòng)車(chē)電池也是不能全部用完再充電的。
總之，電動(dòng)車(chē)鋰電池是不能全部用完再充電的，因?yàn)檫@樣不利于電動(dòng)車(chē)電池壽命的延長(zhǎng)。那么，這是否意味著電動(dòng)車(chē)電池需要隨用隨充呢？當(dāng)然也不是，正確的做法是當(dāng)電動(dòng)車(chē)使用到接近30%的電量時(shí)，及時(shí)補(bǔ)充電，可以有效延長(zhǎng)電動(dòng)車(chē)電池壽命，增大其續(xù)航能力。另外，也有幾點(diǎn)需要提醒：不要混用電動(dòng)車(chē)充電器；盡量把充電時(shí)間控制在8小時(shí)之內(nèi)。
生產(chǎn)制造和使用過(guò)程的差異性，造成了動(dòng)力電池單體天然就存在著不一致性。不一致性主要表現(xiàn)在單體容量、內(nèi)阻、自放電率、充放電效率等方面。單體的不一致，傳導(dǎo)至動(dòng)力電池包，必然的帶來(lái)了動(dòng)力電池包容量的損失，進(jìn)而造成壽命的下降。有研究表明，單體電芯20%的容量差異，會(huì)帶來(lái)電池包40%的容量損失。
電池單體的不一致，會(huì)隨著時(shí)間的推移，在溫度以及振動(dòng)條件等隨機(jī)因素的影響下進(jìn)一步惡化，使得參數(shù)向著離散化方向，義無(wú)反顧打馬而去。如同這個(gè)世界永遠(yuǎn)向著熵增的方向前進(jìn)一樣。趨勢(shì)無(wú)法逆轉(zhuǎn)，但可以干預(yù)，降低它的惡化速率。方法之一就是通過(guò)電池管理系統(tǒng)對(duì)電芯實(shí)施均衡。
均衡面對(duì)的第一個(gè)問(wèn)題，是什么條件下起動(dòng)系統(tǒng)均衡功能。常見(jiàn)的是兩條路線，一條是以單體端電壓為監(jiān)督目標(biāo)，當(dāng)單體壓差進(jìn)入一定范圍，均衡開(kāi)始發(fā)揮作用；另一條路線是以SOC為目標(biāo)，認(rèn)為SOC才是真正反映電芯需求的參數(shù)，當(dāng)單體SOC與平均SOC的差值達(dá)到一定值，均衡過(guò)程被觸發(fā)。
實(shí)際上，SOC是一個(gè)更綜合的參數(shù)，如果計(jì)算的合理準(zhǔn)確，可以覆蓋單體電壓的影響。但是如果把SOC作為目標(biāo)參數(shù)，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須包含采集計(jì)算每只串聯(lián)電芯SOC相關(guān)數(shù)據(jù)。
1.2 什么狀態(tài)可以均衡
另一個(gè)問(wèn)題，到底在什么過(guò)程中實(shí)施均衡，是不論什么過(guò)程，只要達(dá)到了參數(shù)的閾值就開(kāi)始均衡，還是人為規(guī)定，均衡只發(fā)生在充電過(guò)程、放電過(guò)程，還是電池沒(méi)有工作任務(wù)的靜置過(guò)程。
這個(gè)問(wèn)題的觀點(diǎn)不是非常一致，各家管理系統(tǒng)有不同的設(shè)置。我想，均衡過(guò)程應(yīng)該可以設(shè)計(jì)在任何過(guò)程中，但需要考慮是否對(duì)電池包最有利。
充電末尾均衡，在最高單體電壓觸及充電截止電壓后，系統(tǒng)啟動(dòng)均衡功能，放掉電壓最高單體部分電量，使得系統(tǒng)還可以進(jìn)一步充入更多電量，或者讓高電量電芯給最低電量電芯充電，理想狀態(tài)是全部電芯同時(shí)到達(dá)截止電壓。
在放電過(guò)程末尾均衡，當(dāng)單體最低電壓已經(jīng)觸及放電截止電壓，系統(tǒng)啟動(dòng)均衡，最低電壓消失后，系統(tǒng)還可以再運(yùn)行一段距離。
這個(gè)過(guò)程中會(huì)有兩個(gè)問(wèn)題，一方面，只有系統(tǒng)配備主動(dòng)均衡功能，才可以實(shí)現(xiàn)繼續(xù)行駛一段距離的目的，如果只有被動(dòng)均衡，放掉高電量，則只能發(fā)揮去除電芯累積能量差距的目的；進(jìn)而，另一個(gè)問(wèn)題，即使在放電末尾，全部電芯回到了同一個(gè)起跑線，但由于電芯之間的容量差異，到達(dá)充電結(jié)束時(shí)刻，充電均衡可能還是需要進(jìn)行。
在車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中均衡，這里的一個(gè)問(wèn)題是，由于電流大小不同，系統(tǒng)內(nèi)阻大小不同的影響，動(dòng)態(tài)的SOC和電芯電壓往往不容易得到準(zhǔn)確值，這對(duì)運(yùn)行過(guò)程中均衡可能會(huì)非常不利。
被動(dòng)均衡，運(yùn)用電阻器，將高電壓或者高荷電量電芯的能量消耗掉，以達(dá)到減小不同電芯之間差距的目的，是一種能量的消耗。
什么是主動(dòng)均衡
主動(dòng)均衡，運(yùn)用儲(chǔ)能器件等，將荷載較多能量的電芯部分能量轉(zhuǎn)移到能量較少的電芯上去，是能量的轉(zhuǎn)移。
有專(zhuān)家認(rèn)為，上面的兩個(gè)表述應(yīng)該對(duì)應(yīng)于耗散型均衡和非耗散型均衡。而主動(dòng)還是被動(dòng)，應(yīng)該取決于觸發(fā)均衡過(guò)程的事件，系統(tǒng)到達(dá)那個(gè)狀態(tài)不得不進(jìn)行的就是被動(dòng)。如果是人為設(shè)定，在可以不均衡的時(shí)候設(shè)置了均衡程序，才稱(chēng)為主動(dòng)均衡。
例如，放電放到最后，電壓最低的電芯已經(jīng)到達(dá)了放電截止電壓，而其他電芯還存有電量。這時(shí)候，系統(tǒng)為了把盡量多的電都放掉，于是把高能量電芯的電部分的轉(zhuǎn)移給低能量的電芯，使得放電過(guò)程又進(jìn)行下去，直到把全部電量放干凈，這是被動(dòng)均衡過(guò)程。如果在放電至電量還有40%的時(shí)候，系統(tǒng)預(yù)計(jì)到，在放電截止的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)不均衡，于是起動(dòng)均衡過(guò)程，這才是主動(dòng)均衡。
最近看到了這部分內(nèi)容，放在這里供參考。
2.2 均衡控制策略
當(dāng)前的均衡控制策略中，有以單體電壓為控制目標(biāo)參數(shù)的，也有人提出應(yīng)該用SOC作為均衡控制目標(biāo)參數(shù)。暫且擱置兩個(gè)控制目標(biāo)孰優(yōu)孰略的討論，舉例說(shuō)明均衡策略的一般形式。
以單體電壓為例。設(shè)定均衡控制的觸發(fā)閾值，比如極值與平均值的差值達(dá)到50mV起動(dòng)均衡過(guò)程，5mV結(jié)束均衡。管理系統(tǒng)按照固定的采集周期采集每一串單體端電壓，先計(jì)算平均值，再計(jì)算每只電芯電壓與電壓均值的差值，電芯編號(hào)按照差值大小排隊(duì)。差值與設(shè)定閾值比較，若最大的差值在閾值范圍內(nèi)，觸發(fā)均衡程序。后續(xù)策略與具體均衡實(shí)現(xiàn)形式有關(guān)。
變壓器匝數(shù)多的原邊并聯(lián)在整個(gè)電池組的總正總負(fù)上，匝數(shù)少的副邊通過(guò)開(kāi)關(guān)的切換可以并聯(lián)在任意一只電芯上，變壓器通過(guò)互感作用，使得能量在原邊與副邊之間的傳遞。
均衡過(guò)程大體是這樣的。副邊先并聯(lián)在高能量電芯上，能量傳遞到原邊，形成原邊的端電壓，加載在整個(gè)電池組上，給整組電池組充電；副邊并聯(lián)在低能量電芯上，通過(guò)變比，得到一個(gè)高于低能量電芯端電壓的電壓，給電芯充電。
3.2 基于雙向DCDC
有文獻(xiàn)提出的做法是，將每只電池的SOC與平均SOC做差，按差值大小將電池排隊(duì)，按照一幫一一對(duì)紅的原則，差值正的最大與負(fù)的絕對(duì)值最大結(jié)成對(duì)子，通過(guò)低壓DCDC，電壓高的電芯給電壓低的充電。以此類(lèi)推，遍歷全部差值超過(guò)某個(gè)限定值的電芯，直到遇到?jīng)]有配組必要的電池為止。
3.3 基于電感
基本想法是把能量高的電芯能量暫存在電感中，待電路開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換位置，電感與低能量電芯連接成回路，再將電感中的能量放入低能量電芯中。
一個(gè)具體的例子。比較相鄰兩只電池A和B的端電壓， A高B低；均衡電路首先把電感與A短時(shí)間接通，將部分能量充入電感，斷開(kāi)；再使電感 與B形成回路，電感給B充電。能量只能通過(guò)電感在相鄰的電芯之間傳遞，但一串電芯的第一只和最后一只也可以通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移，因而可以形成一個(gè)能量傳遞的閉環(huán)。在多次比較傳遞以后，理論上系統(tǒng)內(nèi)的單體電壓可以實(shí)現(xiàn)均衡。
3.4 基于電容
與應(yīng)用電感的基本想法類(lèi)似，同樣是設(shè)法把高能量電芯部分能量暫存在電容里，通過(guò)配置開(kāi)關(guān)電路，將能量轉(zhuǎn)移給低能量電芯。
電容的應(yīng)用一般有三種方式，多電容均衡，單電容均衡和雙層電容均衡。
多電容均衡和單電容均衡原理類(lèi)似，區(qū)別在于，多電容電路，電容只在左近的兩只電池之間切換，而單電容均衡，是用開(kāi)關(guān)的不同通斷組合，使得電容可以并聯(lián)在任意一只電芯的兩端。
將一只電容并聯(lián)在高能量電芯的兩端，部分能量，以充電的形式轉(zhuǎn)移到電容上，待到電芯與電容電壓平衡，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并將電容轉(zhuǎn)接到低能量電芯的兩端，待到電芯與電容電壓平衡，再去重復(fù)剛才的過(guò)程。電芯自身具有內(nèi)阻，給電芯充電的電源電勢(shì)必須略高于電芯。經(jīng)過(guò)幾次轉(zhuǎn)移，電容最后與低能量電芯并聯(lián)時(shí)，發(fā)現(xiàn)自己不能再給電芯充電了，壓差不夠了。此時(shí)均衡過(guò)程宣告結(jié)束。
雙層電容均衡，是在多電容的基礎(chǔ)上增加一只并聯(lián)在整個(gè)串聯(lián)電池組兩端的電容，使得一串電芯的第一節(jié)和最后一節(jié)的能量轉(zhuǎn)移成為可能，也提高了均衡效率。
3.5 基于電阻
給電芯兩端并聯(lián)電阻，讓電阻消耗掉部分電池能量，也就是前面說(shuō)到的被動(dòng)均衡采用的方式。
并聯(lián)電阻有兩種形式，一種是固定連接，電阻長(zhǎng)期并聯(lián)在電池兩端，電芯電壓高時(shí)，通過(guò)電阻的電流大，消耗的電量多，電池電壓低時(shí)，電阻消耗電量小。通過(guò)電阻這種壓敏特性，實(shí)現(xiàn)電池端電壓的均衡。這是個(gè)理論上可行的方法，實(shí)際很少使用。
另一種并聯(lián)電阻方法，是通過(guò)開(kāi)關(guān)回路將電阻并聯(lián)在電芯兩端。開(kāi)關(guān)由管理系統(tǒng)信號(hào)觸發(fā)，當(dāng)系統(tǒng)判斷哪個(gè)電芯電壓或者SOC高時(shí)，連接其并聯(lián)電阻，消耗其能量。
