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BMSzhishiyigeshujucaijiqi,hennanchengdeshangshiguanlixitong。zhudongjunhenghebeidongjunhengdoushiweilexiaochudianchizudebuyizhixing,danliangzhedeshixianyuanlikeweishijieranxiangfan。yinweiyeyourenbayikaosuanfayouBMS主zhu動dong發fa起qi的de均jun衡heng都dou定ding義yi為wei主zhu動dong均jun衡heng,為wei避bi免mian歧qi義yi,這zhe裏li把ba凡fan是shi使shi用yong電dian阻zu耗hao散san能neng量liang的de均jun衡heng都dou稱cheng為wei被bei動dong均jun衡heng,凡fan是shi通tong過guo能neng量liang轉zhuan移yi實shi現xian的de均jun衡heng都dou稱cheng為wei主zhu動dong均jun衡heng。

beidongjunhengxianyuzhudongjunhengchuxian,yinweidianlujiandan,chengbendilianzhijinrengbeiguangfanshiyong。qiyuanlishiyizhaodianchidedianlianghedianyachengzhengxiangguan,genjudanchuandianchidianyashuju,jianggaodianyadedianchinengliangtongguodianzufangdianyiyudidianyadianchidedianliangbaochixiangdengzhuangtai,yeyouyizuigaodianyaweipanju,birusanyuanlidianzuigao4.2V,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。
congbeidongjunhengyuanlijishiyituzhongwomenkeyikanchu,ruguodianchizubizuomutong,chuanjiededianchijiushizuchengmutongdeban,dianliangdidedianchishiduanban,dianlianggaodejiushichangban,beidongjunhengzuodegongzuojiushi“截長不補短”。電(dian)量(liang)高(gao)的(de)電(dian)池(chi)中(zhong)的(de)能(neng)量(liang)變(bian)成(cheng)熱(re)耗(hao)散(san)掉(diao),電(dian)能(neng)使(shi)用(yong)效(xiao)率(lv)低(di)。不(bu)僅(jin)如(ru)此(ci),因(yin)為(wei)將(jiang)電(dian)能(neng)轉(zhuan)變(bian)成(cheng)熱(re)量(liang)耗(hao)散(san),帶(dai)來(lai)了(le)兩(liang)難(nan)的(de)問(wen)題(ti),這(zhe)就(jiu)是(shi)如(ru)果(guo)均(jun)衡(heng)電(dian)流(liu)大(da),熱(re)量(liang)就(jiu)多(duo),最(zui)後(hou)如(ru)何(he)散(san)熱(re)成(cheng)為(wei)問(wen)題(ti);如果均衡電流小,那麼在大容量電池組中、dianliangchabiedadeqingkuangxiasuoqidaodedianliangpinghengzuoyongxiaolvhendi,yaodadaopinghengxuyaohenchangshijian,zaiyingyongzhongyouzhonggexuesaoyangdeganjiao。quanhenglibi,suoyixianzaibeidongjunhengdedianliuyibandouzaibaihaoan(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BMS整(zheng)機(ji)廠(chang)家(jia)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci),主(zhu)動(dong)均(jun)衡(heng)電(dian)路(lu)結(jie)構(gou)方(fang)麵(mian),少(shao)有(you)廠(chang)家(jia)的(de)設(she)計(ji)可(ke)以(yi)令(ling)人(ren)耳(er)目(mu)一(yi)新(xin),擊(ji)節(jie)叫(jiao)好(hao)。其(qi)次(ci)是(shi)成(cheng)本(ben)問(wen)題(ti),複(fu)雜(za)的(de)結(jie)構(gou)必(bi)然(ran)帶(dai)來(lai)複(fu)雜(za)的(de)電(dian)路(lu),成(cheng)本(ben)與(yu)故(gu)障(zhang)率(lv)上(shang)升(sheng)是(shi)必(bi)然(ran)的(de),現(xian)在(zai)有(you)主(zhu)動(dong)均(jun)衡(heng)功(gong)能(neng)的(de)BMS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。
因yin為wei兩liang種zhong均jun衡heng功gong能neng各ge有you利li弊bi,本ben來lai主zhu動dong均jun衡heng功gong能neng是shi可ke以yi替ti代dai被bei動dong均jun衡heng功gong能neng的de,但dan因yin為wei結jie構gou複fu雜za成cheng本ben高gao,而er且qie結jie構gou複fu雜za之zhi後hou故gu障zhang率lv也ye會hui高gao而er與yu被bei動dong均jun衡heng處chu於yu膠jiao著zhe狀zhuang態tai,業ye內nei人ren士shi常chang為wei了le哪na種zhong均jun衡heng更geng好hao爭zheng論lun不bu休xiu。特te斯si拉la的deBMS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18650鋰li電dian池chi,本ben身shen一yi致zhi性xing非fei常chang好hao,而er且qie在zai壽shou命ming期qi間jian一yi致zhi性xing差cha異yi擴kuo大da有you限xian,用yong被bei動dong均jun衡heng就jiu足zu夠gou了le。不bu像xiang我wo國guo從cong電dian池chi原yuan材cai料liao到dao生sheng產chan工gong藝yi還hai有you待dai提ti高gao,電dian池chi一yi致zhi性xing離li散san程cheng度du還hai比bi較jiao大da,主zhu動dong均jun衡heng在zai動dong力li型xing鋰li電dian池chi組zu應ying用yong中zhong會hui更geng適shi合he。

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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