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动力电池BMS均衡技术路线之争

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世纪电源网雪花
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  • 2016-7-8 11:11:47
有观点认为被动均衡更适合当前动力电池发展现状,对电池的寿命影响较小;也有观点认为主动均衡对提升电动汽车整体的运营效果、驾驶体验有显著的帮助。
电池管理系统(BMS)作为电动汽车电池系统的一个重要构成,对电池组的电压、温度、电流、SOC、SOH等各项参数起到整体的把控。这其中,由于电池组是由若干单体电芯组成的,BMS还扮演着能量均衡的角色。
均衡的必要性
以目前的电池制造水平和工艺,电芯在生产过程中各个单体会存在细微的差别,也就是一致性问题。这种不一致性会使电芯的各项参数大相径庭。要想让它们组装在一起形成一个整体,则必须在作用过程中采用均衡的手段。好比木桶效应,弥补短板,才能最大程度提升性能。
另一方面,电芯在组成电池组装车使用过程中,也会由于自放电程度以及部位温度等原因导致单体不一致性的现象出现,单体电池的不一致性从而又影响电池组的充放电特性。
均衡技术路线之争
关于BMS技术路线的争论主要集中在被动均衡和主动均衡两个方面。
被动均衡顾名思义就是将单体电池中容量稍多的个体消耗掉,实现整体的均衡。主动均衡则是将单体能量稍高的能量通过储能环节转移到能量稍低的电池上去。实现的是一种主动分配的效果。
有观点认为被动均衡更适合当前动力电池发展现状,对电池的寿命影响较小;也有观点认为主动均衡对提升电动汽车整体的运营效果、驾驶体验有显著的帮助。
目前市场上采用被动均衡的BMS系统较多,一方面被动均衡出现早于主动均衡且技术较为成熟简单,使用广泛。而主动均衡结构则较为复杂,变压器方案的设计以及开关矩阵的设计无疑会使成本增加明显。
被动均衡的有点前面说过,结构简单成本低,但由于是采用电阻耗能,会产生热量,从而使整个系统的效率降低。
主动均衡因为其原理在于能量的传递分配,所以其能量利用率高,但其一般只能在相邻的两节单体电池之间转移能量,结构相对来说较为复杂,成本随之增高是其缺点所在。
根据官方介绍,比亚迪秦的BMS除具备基本的电池能量管理、电池热管理功能外,还具有电池单体自动均衡功能。介绍说,在整车运行过程中,监控整个电池包的单体性能参数,通过电池均衡功能达到及时、自动保养的目的,可以极大的减少动力电池保养的成本,延长使用寿命,提升各阶段性能。
秦通过主动均衡的BMS系统使电池包的性能和寿命得以优化和延长。根据介绍,秦具体采用的是DMⅡ代电池管理系统,MⅡ代采用了分布式设计。分布式电池管理系统通过对电池单体温度和电压的采集,进行动力电池能量管理、热平衡管理、整车充放电管理、整车高压安全管理,进一步提升电池的能量管理效率,同时达到轻量化的设计要求。
通过每两个单体电芯组成一个单元,通过储能方式转移能量,平衡电压的高低。
小结:
无论是主动均衡还是被动均衡,都有其应用价值。均衡技术也不是神一样的存在。BMS整体的设计和与整车的搭配才是关键。同时,两种BMS均衡方法利弊明显,存在争议主要是国内外使用哪种方式更为合理的问题。但是还是得看电池的特性,单体一致性很强的情况下,小容量的电池组更适合被动均衡。大容量的动力电池如果一致性方面一般,采用主动均衡则更能适应使用要求。转自第一电动网

本帖最后由 世纪电源网雪花 于 2016-7-8 11:11 编辑

eleczj
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谈谈个人看法:
在7S以上小容量应用上(小于25AH,7S、10S、13S):
BOSCH、SAMSUNG、BMZ的PACK选择性的使用被动均衡,压差均衡、定点均衡都有,也有没有的,而且电流做得都很小;因此仅仅作为一个修正电压偏差的辅助手段。
Panasonic在PACK设计上从来都是特立独行,主动保护器件,二次保护器件,定制的模拟前端、二合一芯片都一股脑往上丢,唯独不设计均衡,应该是作为全球锂电行业技术龙头对自己的电芯足够自信。
7S以下,小容量的PACK诸多是动力工具的应用,如:Makita、Hilti、Milwaukee、DeWalt、Metabo、HITACHI,还有Panasonic、BOSCH等国际品牌,基本不考虑均衡,本身高倍率电芯的设计寿命就不是很长,固有循环寿命一到换电池才是正解。
不过这些国外一线品牌基本上使用的是Panasonic(SANYO)、LG、SAMSUNG等排得上名的电芯,一致性、安全性不是某些品牌吹吹牛就可以超过的。。。这些电池包PCBA成本占到了PACK成本的20-30%左右,我拆过很多很多电池包,结构类似又各家有各家的特点。。。搞笑的是好几次拆到了自己几年前设计的产品。。。兜兜转转,从中国设计开发生产,国外跑一圈,又回来了。。。有时候单纯做技术的除了是为钱,还有为了成就感呀。。。。
不过国内倒是另一番景象,PCBA一般最多占到PACK成本的10%,均衡电流做得一般比国外常规设计要高3-5倍。当然这中间也是有很多故事的,甚至在某些PACK厂商眼里是“谈均衡色变”。到现在也是各持己见,曾经有句话“电池不是用坏的,而是均衡坏的”,即使16S也不加均衡,而有的4S以上,只要成本考虑上没啥太大的顾忌,被动均衡是能上就上,不过说回来这个行业真快被国内某些企业搞残了。。。。。这些年也没少见国内厂商制作的品质无下限的电池PACK,此处就不细表了。。。。
大容量应用上,诸如储能、乘用车等,深圳科X还是挺NB,用过他家的产品,主动均衡电流做得比较大,还是效率挺高的,价格也是比较贵。。。。。
不过特斯拉电池的拆解发现也是小电流被动均衡,另外道听途说,国内BYD的唐,用的也是小电流被动均衡(知情的朋友请指正)。。。。。。。。。


世纪电源网雪花
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世纪电源网雪花
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