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什么样的电池均衡器才是我们希望的设计?

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-10-04 13:45:06    作者:本站小编:杨旭    浏览次数:372
导读

使用单电池的设备,如手机,在其配置的电池内部都配备有一块微型电路板,俗称保护板。保护板的最基本作用是保护电池,防止其过充电和过放电,由此可见,蓄电池的致命软肋就是过充电和过放电,因此,在使用单蓄电池设

使用单电池的设备,如手机,在其配置的电池内部都配备有一块微型电路板,俗称保护板。保护板的最基本作用是保护电池,防止其过充电和过放电,由此可见,蓄电池的致命软肋就是过充电和过放电,因此,在使用单蓄电池设备只要控制好电池的充电电压和放电电压就可以解决电池的过充电和过放电问题了。

那么,在蓄电池组中,能否采用类似手机电池保护板的大功率装置来保护每一块电池呢?答案是否定的。这是因为电池组中的电池使用一段时间后会表现出明显不一致性,而流经每块电池的电流都是相同的,以放电为例,某块小容量电池发生放电保护,电池组立即进入“开路”状态,停止对外供电,如果是高速行驶的电动汽车,会突然失去动力,非常危险。

当电池组发生不一致性问题后,每块电池的电压和容量都会发生明显差异,最有效的解决方法是在电池上配备电池均衡器,通过电池均衡器调节电池组的不一致性,或者平衡电压,或者平衡容量,尽可能使每块电池安全充电、安全放电,即通过增加均衡器的方法,控制电池的电压和容量,防止落后电池因过充电和过放电而损坏。

目前,市场上正在使用和研究的电池均衡器分有损均衡和无损均衡两类,有损均衡也称耗能均衡、被动均衡,是在每一块单体电池并联一个带开关控制的电阻进行分流,就是将电压高的电池中多余的能量消耗掉,实现整组电池电压的均衡,优点是结构简单,成本低廉、可靠性高、缺点也非常明显:耗电严重、浪费电能、电能转换效率是零、由于存在发热问题,均衡电流很小,通常在100mA以内,只能进行充电均衡。由于充电均衡电流很小,只能用于充电电流很小或者一致性较好的电池组,否则,杯水车薪的均衡电流根本无法控制“落后”电池的过充电问题。

无损均衡相对有损均衡而言,仍然存在一定的损耗,只是效率明显提高,损耗降低而已,典型代表是充电式均衡器和转移式电池均衡器。

充电式均衡器就其功率而言明显大于有损均衡,加之效率较高,性能上明显优于有损均衡,但是由于电路结构复杂,所以成本也明显上升,较适用于大容量电池组,这种均衡器之所以仍无法普及,除了价格较高以外,主要是因为它还有一个先天性缺陷没有解决,那就是小容量电池的过放电问题未能解决。虽然解决了落后电池的过充电问题,但由于落后电池的容量小,存储电量少,放电结束后极容易进入过放电状态,长此以往,落后电池的容量会越来越小,加速衰减,从这一点来看,充电式均衡器只是一种过渡性电池均衡技术。

之所以要研究电池均衡技术,是因为在电池组管理领域急切需要行之有效的电池组均衡技术。研究电池均衡技术的本意是不仅要解决落后电池的防过充电和防过放电难题,还要尽可能使不同容量的电池具有相近或相似的充电电压和放电电压,充电时所有电池电压均匀上升,直至同时(或近似相同)充满电;放电时所有电池电压均匀下降,直至同时(或近似相同)放完电,电池的容量得到最大化利用。

基于这种充放电策略均衡技术,只有转移式电池均衡技术才可以做到。

转移式电池均衡又分为非实时均衡和实时均衡。非实时均衡通常以电压差或SOC差为均衡启停条件,根据控制方式的不同又分为集中式电池均衡和分散式电池均衡,都具有均衡电流大(通常可以达到1A以上)、均衡效率高的特点,但缺点也不少,例如均衡介入时间晚,有效均衡时间短,电池容量无法得到有效利用、设备成本比较高等。

实时均衡的研发难度相对非实时均衡更大,更加具有挑战性,特别是性价比高的实时电池均衡技术,这方面的技术相对比较少,但它的优势非常明显,例如均衡介入时间早,有效均衡时间长,比较小的均衡电流就能获得非常好的均衡效果,电池容量利用率高,目前存在的障碍主要还是受制于控制芯片和设计架构,成本控制不理想,普遍偏高。

在均衡效能方面,我们不需要每块电池的电压始终相同,只要是充电期间和放电期间没有过充电和过放电就可以;作为均衡器,除了应具有良好的均衡性能和均衡效率外,它的体积和成本至关重要,体积不能过大,特别是成本不能过高,但性能与成本是矛盾的,性能高通常会带来成本的上升;通过对国内外电池均衡技术的检索,研发性价比高的电池均衡器始终是各国技术研发人员努力的目标和方向,相信这一天很快就会到来。

 
(文/本站小编:杨旭)
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