動(dòng)力電池BMS均衡的功能有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-30 18:23
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1 均衡的觸發(fā)
業(yè)內(nèi)早已認(rèn)識(shí)到均衡的重要性，關(guān)于電池均衡的研究由來(lái)已久，得到的方法結(jié)論也多種多樣。
1.1 觸發(fā)參數(shù)
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。
2 均衡策略
2.1概念
什么是被動(dòng)均衡
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)。
3 均衡硬件概述
3.1 基于變壓器
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；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。
