氣宗VS劍宗?論電動汽車BMS的主動均衡和被動均衡
發布時間:2016-01-29 責任編輯:susan
【導讀】主動均衡和被動均衡,是電動汽車BMS業界的爭論熱點之一。像極了華山劍派的氣宗和劍宗之爭,業內爭論的不亦樂乎,但業外卻看得不明所以。
均衡之於動力鋰電池組的重要性就不再贅述,沒有均衡的鋰電池組就像是得不到保養的發動機,沒有均衡功能的BMS隻zhi是shi一yi個ge數shu據ju采cai集ji器qi,很hen難nan稱cheng得de上shang是shi管guan理li係xi統tong。主zhu動dong均jun衡heng和he被bei動dong均jun衡heng都dou是shi為wei了le消xiao除chu電dian池chi組zu的de不bu一yi致zhi性xing,但dan兩liang者zhe的de實shi現xian原yuan理li可ke謂wei是shi截jie然ran相xiang反fan。因yin為wei也ye有you人ren把ba依yi靠kao算suan法fa由youBMSzhudongfaqidejunhengdoudingyiweizhudongjunheng,weibimianqiyi,zhelibafanshishiyongdianzuhaosannengliangdejunhengdouchengweibeidongjunheng,fanshitongguonengliangzhuanyishixiandejunhengdouchengweizhudongjunheng。

被(bei)動(dong)均(jun)衡(heng)先(xian)於(yu)主(zhu)動(dong)均(jun)衡(heng)出(chu)現(xian),因(yin)為(wei)電(dian)路(lu)簡(jian)單(dan),成(cheng)本(ben)低(di)廉(lian)至(zhi)今(jin)仍(reng)被(bei)廣(guang)泛(fan)使(shi)用(yong)。其(qi)原(yuan)理(li)是(shi)依(yi)照(zhao)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)量(liang)和(he)電(dian)壓(ya)呈(cheng)正(zheng)相(xiang)關(guan),根(gen)據(ju)單(dan)串(chuan)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)數(shu)據(ju),將(jiang)高(gao)電(dian)壓(ya)的(de)電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)通(tong)過(guo)電(dian)阻(zu)放(fang)電(dian)以(yi)與(yu)低(di)電(dian)壓(ya)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)量(liang)保(bao)持(chi)相(xiang)等(deng)狀(zhuang)態(tai),也(ye)有(you)以(yi)最(zui)高(gao)電(dian)壓(ya)為(wei)判(pan)據(ju),比(bi)如(ru)三(san)元(yuan)鋰(li)電(dian)最(zui)高(gao)4.2V,凡是超過4.2V就開始放電均衡。
因為BMS概念和產品最早是由國外提出,國外半導體廠商最先設計出專用IC,開始隻是檢測電壓和溫度,後來均衡的概念提出後,就采用了電阻放電的方法並將這個功能加入到IC中(因為這個放電控製的功能容易集成進芯片裏),現在廣泛應用的TIMAXIMLINER均有此類芯片在產,有的是將開關驅動做到芯片裏,有的甚至試圖將開關也做進了芯片裏。
從cong被bei動dong均jun衡heng原yuan理li及ji示shi意yi圖tu中zhong我wo們men可ke以yi看kan出chu,如ru果guo電dian池chi組zu比bi作zuo木mu桶tong,串chuan接jie的de電dian池chi就jiu是shi組zu成cheng木mu桶tong的de板ban,電dian量liang低di的de電dian池chi是shi短duan板ban,電dian量liang高gao的de就jiu是shi長chang板ban,被bei動dong均jun衡heng做zuo的de工gong作zuo就jiu是shi“截長不補短”。dianlianggaodedianchizhongdenengliangbianchengrehaosandiao,diannengshiyongxiaolvdi。bujinruci,yinweijiangdiannengzhuanbianchengrelianghaosan,dailaileliangnandewenti,zhejiushiruguojunhengdianliuda,reliangjiuduo,zuihouruhesanrechengweiwenti;如果均衡電流小,那麼在大容量電池組中、電dian量liang差cha別bie大da的de情qing況kuang下xia所suo起qi到dao的de電dian量liang平ping衡heng作zuo用yong效xiao率lv很hen低di,要yao達da到dao平ping衡heng需xu要yao很hen長chang時shi間jian,在zai應ying用yong中zhong有you種zhong隔ge靴xue搔sao癢yang的de感gan覺jiao。權quan衡heng利li弊bi,所suo以yi現xian在zai被bei動dong均jun衡heng的de電dian流liu一yi般ban都dou在zai百bai毫hao安an(100mA)級別。
因為被動均衡的局限,主動均衡的概念得以提出並發展。主動均衡是把高能量電池中的能量轉移到低能量電池中,相當於對木板“截長補短”。因為不像被動均衡隻有“截”,在如何“補”的問題上業內充分發揮了各自的優勢和想象力,主動均衡的方案可謂異彩紛呈。除了飛度電容的方案(因為適用串數低,轉移有局限性而未能成為主流),還有變壓器的方案,變壓器方案中又有各種拓撲結構。半導體廠家也設計了電池專用的DCDC轉換芯片,命名為主動均衡控製芯片來推向市場,顯然是不想錯過這班車。

主動均衡帶來的好處顯而易見:效率高,能量被轉移,損耗隻是變壓器線圈損耗,占比小;均衡電流可以設計的大,達到幾安甚至10A級ji別bie,均jun衡heng見jian效xiao快kuai。雖sui然ran有you這zhe些xie好hao處chu,主zhu動dong均jun衡heng也ye帶dai來lai了le新xin的de問wen題ti。首shou先xian是shi結jie構gou複fu雜za,尤you其qi是shi變bian壓ya器qi方fang案an。幾ji十shi串chuan甚shen至zhi上shang百bai串chuan電dian池chi需xu要yao的de開kai關guan矩ju陣zhen如ru何he設she計ji,驅qu動dong要yao怎zen麼me控kong製zhi,這zhe都dou是shi令ling人ren頭tou痛tong的de問wen題ti,所suo以yi這zhe也ye是shi為wei什shen麼me至zhi今jin主zhu動dong均jun衡heng功gong能neng無wu法fa完wan全quan集ji成cheng進jin專zhuan用yongIC的原因,半導體廠家一直希望能做出大一統的芯片,但在BMS上實在是力有不逮。對BMSzhengjichangjiayeshiruci,zhudongjunhengdianlujiegoufangmian,shaoyouchangjiadeshejikeyilingrenermuyixin,jijiejiaohao。qicishichengbenwenti,fuzadejiegoubirandailaifuzadedianlu,chengbenyuguzhanglvshangshengshibirande,xianzaiyouzhudongjunhenggongnengdeBMS售價會高出被動均衡的很多,這也多少限製了主動均衡BMS的推廣。
yinweiliangzhongjunhenggongnenggeyoulibi,benlaizhudongjunhenggongnengshikeyitidaibeidongjunhenggongnengde,danyinweijiegoufuzachengbengao,erqiejiegoufuzazhihouguzhanglvyehuigaoeryubeidongjunhengchuyujiaozhezhuangtai,yeneirenshichangweilenazhongjunhenggenghaozhenglunbuxiu。tesiladeBMS均衡功能(被動均衡,見下圖中Cellbalancingcircuit中所指均為放電電阻)經常被示範以證明被動均衡強於主動均衡。其實這反而證明了任何技術選擇都要和整體條件適用的道理。
特斯拉的電池是鬆下提供的特製的18650lidianchi,benshenyizhixingfeichanghao,erqiezaishoumingqijianyizhixingchayikuodayouxian,yongbeidongjunhengjiuzugoule。buxiangwoguocongdianchiyuancailiaodaoshengchangongyihaiyoudaitigao,dianchiyizhixinglisanchengduhaibijiaoda,zhudongjunhengzaidonglixinglidianchizuyingyongzhonghuigengshihe。

被動均衡適合於小容量、低串數的鋰電池組應用,主動均衡適用於高串數、大容量的動力型鋰電池組應用。對BMS來講,除了均衡功能非常重要,背後的均衡策略更為重要。在電池單體的一致性差異在一定範圍內時,電池的電量和電壓成正相關;danshidangdianchideyizhixingchadeyuan,yejiushiyoudianchichuyushousunzhuangtaishi,dianlianghedianyaxiangguanxingjiumeinameqiangle,zheshidejunhengyiju,jiubunengdanyidianyazheyishujulaipanduan。ruguoyishibudaoyoudianchisunhuaidaolinjiezhuangtaiyixia,yirangenjudianyajunheng,fanerhuiduidianchizaochengshanghai,youqishizhudongjunheng,yinqidianliudazaochengdeshanghaihuibibeidongjunhenggengda。
電動自行車發展史上,有過“電池不是被用壞的,而是被充壞的”說法,電池損壞的矛頭指向了充電器廠家。不知電動汽車發展史上是否也會上演同樣的曆史:“電池不是被用壞的,而是被均衡壞的”。這值得所有BMS廠(chang)家(jia)提(ti)高(gao)警(jing)惕(ti),均(jun)衡(heng)方(fang)式(shi)和(he)均(jun)衡(heng)策(ce)略(lve)都(dou)需(xu)要(yao)重(zhong)視(shi)。按(an)華(hua)山(shan)劍(jian)派(pai)的(de)說(shuo)法(fa),氣(qi)宗(zong)練(lian)氣(qi)是(shi)為(wei)了(le)最(zui)後(hou)以(yi)氣(qi)禦(yu)劍(jian),心(xin)劍(jian)合(he)一(yi)。比(bi)照(zhao)起(qi)來(lai),主(zhu)動(dong)均(jun)衡(heng)和(he)被(bei)動(dong)均(jun)衡(heng)都(dou)可(ke)以(yi)算(suan)劍(jian)宗(zong),一(yi)個(ge)輕(qing)劍(jian)一(yi)個(ge)重(zhong)劍(jian),均(jun)衡(heng)策(ce)略(lve)算(suan)是(shi)氣(qi)宗(zong)。隻(zhi)有(you)氣(qi)劍(jian)同(tong)練(lian),才(cai)好(hao)在(zai)市(shi)場(chang)上(shang)華(hua)山(shan)論(lun)劍(jian)。
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