提高電動汽車電池壽命的方法

文章介紹 電動汽車續(xù)航為什么會衰減？中提到減少電芯不一致性可以通過均衡方式實現(xiàn)，本文主要講主要均衡方式。

為減小電動汽車中電池間不一致性，提高電池使用效率，減少壽命衰減，電池管理系統(tǒng)必須對電池進行均衡。電動汽動力鋰電池電池均衡控制技術主要包括兩部分，均衡拓撲結構設計和均衡控制策略設計。

根據(jù)均衡是否存在能量發(fā)散可分為主動均衡和被動均衡，能量發(fā)散可以理解為電能以熱量的形式散失去。如下為幾種常見動力電池均衡拓撲結構：

①并聯(lián)電阻均衡

并聯(lián)電阻均衡電路結構如圖3-17所示，通過對每串電池并聯(lián)一個熱電阻，當系統(tǒng)檢測到電池組中的某串電池剩余容量較低時，控制與剩余容量較高的電池相串聯(lián)的開關管，當開關管閉合后，熱電阻與電池進行并聯(lián)連接，熱電阻兩端通電后產(chǎn)熱消耗電能，對剩余容量較多的電池進行放電達到均衡目的。

此方法電路簡單，將多余電量通過均衡電阻以熱量的形式散發(fā)，會造成能量浪費?，F(xiàn)有產(chǎn)品均衡電流為100mA左右，均衡電流較小，均衡效率低。該方法屬于典型耗散性均衡。

②開關電容式均衡

如圖2為開關電容均衡電路結構，開關電容式均衡通過開關管與電容的組合通過控制相應開關管導通與閉合，將剩余容量多的電池電能轉移至剩余容量較少的電池中。在理論中該方法不存在能量消耗，可看作為非耗散性均衡，實際受電容影響和電路消耗會有少許能量消耗。

此方案控制邏輯相比于并聯(lián)電阻均衡電路較為復雜，同時要防止電池或電容出現(xiàn)短路等危險情況，若控制不當，造成電池短路，電池在短時間釋大電流可將電容擊穿，電路板相關元器件燒壞，對整車及駕乘人員造成危險。

③Buck-Boost均衡結構

圖3為雙向均衡拓撲結構，一個雙向電路連接兩串電池。通過控制開關管導通或閉合將電能存儲在電感中，在通過開關管導通或閉合將電能從電感中釋放至剩余容量較低的電池中。由于該結構均衡效率較快，可快速實現(xiàn)相鄰串數(shù)電池間均衡。

但是不均衡電池不為相鄰電池時，需要通過控制不同開關管將能量通過相鄰電池傳送至剩余容量較低的電池，均衡效率較低，控制難度較大，造成均衡時間增加，能量在均衡過程中損失較多。該拓撲結構不適用于電池包內含有較多串數(shù)電池的PACK中。

④同軸多副邊變壓器均衡

圖4為同軸多副邊變壓器均衡結構，變壓器中含有多個副邊，一個原邊。原邊與開關管串聯(lián)，并且原邊兩端與電池組兩端正極和負極相連，變壓器中每個副邊與一串電池相連。為保證副邊易于統(tǒng)一控制，副邊設計時匝數(shù)相同，在工作中可產(chǎn)生相同的電流。該電流可實現(xiàn)對電池充電和放電，當某串電池剩余容量較低時可閉合原邊相連開關管使能量存儲在變壓器中，通過閉合應副邊開關管，將能量轉移至剩余容量較低的單串電池中。

⑤基于變壓器雙向均衡電路結構

圖5為基于變壓器雙向均衡電路結構，B1為電池，M+為電池模組正極，M-為電池模組負極。當B1 SOC高于模組平均值且電壓在均衡允許范圍內，初級開關輸出波控制導通，電池B1放電，放電電流在初級繞組上上升，可檢測該上升電流，當上升電流到達設定 (峰值電流)時，初級開關控制斷開。次級開關控制導通，存儲在變壓器中的電能開始轉移至電池模組，當檢測到電流降為0時，次級開關控制斷開，初級開關控制導通，重復上述循環(huán)，直到滿足放電均衡停止，圖6為充電均衡過程圖。

當B1 SOC低于模組平均值且電壓在均衡電壓允許范圍內，啟動充電均衡。次級開關控制導通，當檢測到電流達到 (峰值電流)時，級開關控制斷開，初級開關控制導通，存儲在變壓器中的電能開始轉移至B1，當檢測到電流降為0時，初級開關控制斷開，次級開關控制導通，重復上述循環(huán)，直到B1滿足充電均衡停止，圖7為放電均衡過程圖。

被動均衡結構簡單、安全性高、成本低，在汽車行業(yè)廣泛應用。儲能設備由于環(huán)境穩(wěn)定，可以采用獨立均衡設備定期人為進行均衡。獨立均衡設備就要采用主動均衡方式，均衡電流達到3A以上，提高效率。新能源飛機和特種設備一不差錢二不缺維護，黃金玩家隨意!

電芯能量密度在提升，生產(chǎn)工藝也在提升，也許再過幾年電芯一致性問題可以從根本源頭解決。如果電芯一致性得到控制，也必將是電池行業(yè)的一番撕逼，一些生產(chǎn)技術落后的企業(yè)，也終將變?yōu)槁淙~。

來源：微信公眾號《新能源汽車設計之家》