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剖析电池系统“均衡”本质,非低品质电池救命稻草

平全文2018,07,29

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。

“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。

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=V1×n。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。

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