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影响动力电池一致性的因素分析以及6大解决措施编者按锂离子电池一致性是指：用于成组的单体电池的初期性能指标的一致，包括：容量、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等。
以上因数的不一致，将直接影响运行中输出电参数的差异。
锂离子电池目前在新能源汽车、智能电网等领域中大规模应用情况在逐年增加，但目前电池参数的不一致性是影响电池组使用寿命的关键因素，虽然热管理水平的提升在某种程度上保证了电池组的安全运行，但对于提升电池的一致性水平仍然是大规模使用锂电池的重要技术影响因素。
通过对一个10串10并电池组的模拟，阐明了电池组内的温度分布对其性能与循环寿命的影响。
平均温度越低，温度不均匀程度越高，电池组内单电池放电深度的不一致性越高；平均温度越高，温度不均匀程度越高，电池组循环寿命越短。
值得注意的是，不均匀的温度分布会导致并联支路间电流分配不均，从而恶化单电池老化速率的一致性。
锂离子电池一致性是指：用于成组的单体电池的初期性能指标的一致，包括：容量、阻抗、电极的电气特性、电气连接、温度特性、衰变速度等。
以上因数的不一致，将直接影响运行中输出电参数的差异。
锂离子电池组的不一致性或电池组的离散现象就是指同一规格型号的单体蓄电池组成电池组后, 其电压、荷电量、容量、衰退率、内阻及其随时间变化率、寿命、温度影响、自放电率及其随时间变化率。
单体电池在制造出来后，本身存在一定性能差异。
初始的不一致度随着电池在使用过程中连续的充放电循环而累计，导致各单体电池状态（SOC、电压等）产生更大的差异；电池组内的使用环境对于各单体电池也不尽相同。
这就导致了单体电池的不一致度在使用过程中逐步放大，从而在某些情况下使某些单体电池性能加速衰减，并最终引发电池组过早失效。
不一致性原因从时间顺序划分，电池组中单体电池的不一致性主要体现在两方面：制造过。
详解动力电池组均衡设计原理及意义2011-12-0619:51:36来源：互联网分享到：标签：电池组剩余电量平衡算法引言随着电池作为电源使用而日益受到欢迎，又出现了一种同样强劲的需求，即最大限度地延长电池的使用寿命。
电池不平衡（即组成一个电池组的各节电池的充电状态失配）在大型锂离子电池组中是个问题，这个问题是由制造工艺、工作条件和电池老化的差异造成的。
不平衡可能降低电池组的总容量，并有可能损坏电池组。
不平衡使电池从充电状态到放电状态都无法跟踪，而且如果没有密切监视，可能导致电池过度充电或过度放电，这将永久性地损坏电池。
电池制造商按照容量和内部电阻对混合电动型汽车以及电动型汽车电池组中使用的电池进行分类，以在交付给客户的特定批次中，减少电池之间的差异。
然后，再仔细挑选电池来构成汽车电池组，以改善电池组中每两节电池之间的匹配。
理论上，这应该能防止电池组中产生大量的不平衡，但是尽管如此，普遍的共识是，当构成大型电池组时，既需要电池监视、又需要电池平衡，以在电池组寿命期内保持大的电池容量。
要理解平衡的重要性，第一步是利用两个相同的电池组来评估两种基本的电池管理策略。
该测试将探究，在电池寿命期内，电池组的总容量是怎样受到影响的。
为了评估这两种策略，要设计一个电池监视系统（BMS）。
该电池监视系统由3个部分组成：监视硬件、平衡硬件和控制器。
用在测试中的电池监视系统能监视电池电压和电池负载电流、平衡电池，并能控制电池与负载及电池充电器的连接。
监视硬件一个简单的电池监视器和平衡系统如图1所示。
该电池监视系统的硬件是围绕高度集成的LTC6803-1多节电池监视IC设计的。
每个LTC6803-1能测量多达12节电池，并允许以可连接多个IC的串行菊花链形式连接，从而使一个系统能通过一个串行端口监视超过100个电池。
当设计一个电池监视系统时，某些规范应当给以特殊考虑，首先是电池电压准确度。
当试图决定单个电池的充电状态时，电池电压的准确度至关重要，而且一节电池能否在接近工作极限的条件下工作，电池电压的准确度是限制因素之一。
动力电池均衡策略 SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-BMS均衡管理主要分为被动均衡（有损均衡）和主动均衡（无损均衡）。
电池模组中，随着使用每个电池单体的容量会产生差异性，容量大的总会浅充浅放，容量小的总会过充过放，造成容量大的衰减慢，寿命长，容量小的衰减快，寿命短，最终导致电池模组的寿命缩短。
均衡的目的则是减少这种差异性，保持电池的一致性。
一、被动均衡：通过能量消耗，限制电压最高的电池单元的充电电流，来实现和电压较低的电池单元的充电平衡。
特点：控制简单，电路体积小，浪费能量。
一种被动均衡策略：1、均衡只有在充电状态才开启（主机下发充电状态）；2、均衡只有在受到主机下发的均衡开启命令时才开启；3、如果从机与主机通讯中断立即关闭均衡；4、从机的最低电压大于2.7V；5、需要开启均衡的电池其电压需大于均衡开启电压3.55V（可配）；6、从机需均衡的单体与该从机最低电压的差值必须大于均衡开启最小压差（20mv可配）；7、从机单节电池需要开启均衡的单体电压与该从机所有电池最低电压的电压差值必须小于开启最大压差（800mv可配）才能开启均衡；8、电池组最高温度必须小于开启最高温度才能开启均衡；9、电池组未出现过充状态。
以上条件需同时满足；如果从机配置为整体均衡，且主机下发均衡参考电压（默认为平均电压），则将上述策略的从机所有电池最低电压换成主机下发的参考电压（程序默认使用整体均衡）。
二、主动均衡：通过能量补充，补充电压最低的电池单元的充电电流，来实现和电压较高的电池单元的充电平衡。
特点：需从外部补充能量，给BMS供电的DCDC功率要大；一种主动均衡策略：1、均衡只有在收到主控模块下发的均衡开启命令和充电信号室内才开启，连续10秒接收到开启命令和充电信号才开启均衡；2、如果从机与主机通讯中断（判断本从机与主机中断延时30S±5S）立即关闭均衡；3、从机的开启均衡最低电压必须大于均衡开启电压2.8V（可配置），持续5S；4、采集模块电池最低电压与从控所有电池最高的电压差值在800mv（可配）和20mv（可配）之间，且持续5S，才开启均衡；5、电池组需均衡的单体电压小于单体过充保护值；6、电池组最高温度低于开启最高温度才能均衡；7、电池组未出现过充状态。
电动汽车电池管理系统电池状态估算及均衡技术作者：百合提努尔阿地里江·阿不力米提来源：《时代汽车》2024年第06期摘要：文章根據纯电动汽车和混合动力汽车的工作情况，归纳提出了电池管理系统（BMS）的核心功能和拓扑结构，对电池状态估算、电池监测系统和电池均衡系统等做了新的解析，简要的解释了电池常见故障原因以及预防措施等。
关键词：电池管理系统电池状态均衡1 电动汽车电池管理系统电池管理系统（Battery Management System，BMS）是电动汽车动力电池系统的重要组成部分，也是关键核心控制元件。
它一方面检测收集并初步计算电池实时状态参数，并根据检测值与允许值的比较关系来控制供电回路的通断；另一方面，将采集的关键数据上报给整车控制器，并接收控制器的指令，与车上的其他系统协同工作。
不同类型动力电池包的电芯（单体电池）对电池管理系统的要求是不尽相同的。
在任何一种电池管理系统（BMS）无论是简单还是复杂，均都有基本功能和实现这些功能的具体元器件。
如果需求越多，需要向系统中添加的元器件就越多。
如图1所示，电池管理系统（BMS）的核心功能。
2 电动汽车电池管理系统（BMS）拓扑结构电池管理系统的部件则是以几种不同的方式布置结构。
这些布置结构称为拓扑结构。
电池管理系统的拓扑结构主要分为集中式、分布式和模块化等类型，如图2所示。
在集中式BMS拓扑结构中有一个带有控制单元的BMS印刷电路板，其通过多个通信电路管理电池包中的所有电芯。
这种类型的结构体积大、不灵活，但成本低。
在分布式BMS拓扑结构中，每一个电芯都有BMS印刷电路板，控制单元通过单个通道连接到整个电池。
常用的环形连接（菊花链式连接）是分布式拓扑结构的一种类型，并用于容错需求较小的系统。
分布式BMS易于配置，但电子部件多、成本高。
在模块化BMS拓扑结构是集中式和分布式两种拓扑的组合。
这种布置也称为分散、星形或主从控拓扑。
有相互连接的几个控制单元（从控板），每个控制单元监测电池中的一组电芯。
动力电池的电池管理与电量均衡技术随着电动汽车的快速发展，动力电池作为其核心组件之一，扮演着重要的角色。
为了提高电动汽车的性能和使用寿命，电池管理与电量均衡技术变得至关重要。
本文将探讨动力电池的电池管理方法以及电量均衡技术。
一、电池管理方法1. 温度控制动力电池的性能和寿命受其工作温度的影响较大。
因此，对于动力电池的管理来说，温度控制是至关重要的。
通过安装温度传感器和风扇等设备，可以监测和控制电池的温度。
当电池温度过高时，可以及时采取措施，如降低充电电流或停止充电，以保护电池不受损害。
2. 充放电控制电池的充放电控制也是电池管理的重要方面。
通过对充放电电流、电压等参数的控制，可以确保电池的充放电过程稳定可靠。
例如，使用恒流充电和恒流放电控制方法，可以避免过充和过放的情况发生，从而延长电池的使用寿命。
3. 电池状态估计电池状态估计是电池管理的核心内容之一。
通过对电池的电流、电压、温度等参数的实时监测和分析，可以估计电池的状态，如容量、健康度等。
基于电池状态估计结果，可以制定相应的管理策略，以优化电池的使用效率和安全性。
二、电量均衡技术1. 串联均衡在电动汽车中，通常会采用多个动力电池串联的方式组成电池组。
由于电池之间的性能差异，充放电不均衡会导致电池组的性能下降和寿命缩短。
因此，串联均衡技术可以用来解决这一问题。
通过在电池组中加入均衡电路，可以将电池之间的电量转移，保持充放电状态的均衡，从而提高电池组的性能和寿命。
2. 并联均衡在动力电池组中，由于电池的老化和使用不均衡等原因，会导致电池之间的电压差异增大，进而影响电池组的整体性能。
为了解决这一问题，可以采用并联均衡技术。
通过并联均衡电路，可以将电池之间的电量均分，从而减小电压差异，提高电池组的整体性能和寿命。
3. 动态均衡动态均衡技术是一种相对较新的电量均衡技术。
它可以根据电池组内部的实时状态，动态地调节均衡电路的工作状态和均衡策略。
通过动态均衡技术，可以更加精确地控制电池组的充放电状态，从而实现更好的电量均衡效果。
判断是否需要均衡的可以通过诊断仪数据流进行获取，因为在诊断仪里面会显示当前数据，为了故障判断的准确性，建议将动力电池组的SOC放电至5%，读取5%时的各电池模组里面的最高电压与最低电压并且记录下来，然后将动力电池组充电至满格后在读取后记录下来，接下来就为大家详细的讲解一下，希望对大家有所帮助。
均衡完毕后再去验证动力电池组的一致性。
均衡管理就好像是汽车发动机一样，需要定期养护和检测，一旦发现需要进行均衡处理是必须进行均衡处理，否则会缩短动力电池的使用寿命。
我们时长会听到这样的言论，日本电池好，国内电池差一些。
这里所指重要一点，是电池单体之间的一致性，对于车辆续航，容量是最直接最重要的参数，因此一致性就主要的指向了容量。
容量是个不能短时间直接测量得到的参数，根据经验，人们发现，单体电芯容量跟它的开路电压有一一对应的关系。
因此，考察已经装车运营的系统中电池一致性的眼光最终落在电芯电压上。
单体电压是直接测量值，可以实时在线测量，这都使它成为衡量系统电芯一致性水平的有利条件。
不单如此，常见BMS管理策略中，把单体电压值作为触发条件的情况还有放电终止条件，充电终止条件等等。
处于这样位置的一个参数，单体电压一致性差异过大，则直接限制了电池包充电电量和放电电量。
基于此，人们用电池均衡方法解决已经处于运营状态的电池组单体电压差异过大问题，来提高电池组容量。
从而也就可以做出，均衡手段延长了续航里程，延长了电池使用寿命之类的推论。
文献中的一幅图很形象的说明了主动均衡的原理。
从这里可以看出，我们的均衡并非很理想，只是暂时没有更好的办法。
杭州固恒能源科技有限公司从事于新能源汽车后市场领域，专注于动力电池的应用以及循环利用等方面的研发、生产、销售，并提供全套检测维护解决方案的高新技术企业。
产品涉及动力电池检测与维护、数据监测与存储、电池模组级单体电池的高效分选以及成组、储能管理系统等设备领域，客户遍及国内各动力电池厂家，新能源汽车厂家、梯次利用回收企业以及储能应用等企业。
如何解决动力锂电池组各个单节电池的均衡问题动力电池组是由多个单节电池串联组成的电池模块，由于电池个体之间内部特性的差异，若干次充、放电后，电池组会失衡，严重影响动力电池组的效率与安全。
另外，电池组在充放电过程中的过充电、过放电、电流过大、温度过高等现象会加剧电池间特性的差异，从而引起单节锂电池之间容量、电压等性能的不平衡，最终导致电池组整体特性的急剧衰退和部分电池的加速损坏。
因此在锂电池组合使用时必须要解决各个单节电池在电池组中的平衡问题。
电池组中各节电池电量的均衡可采用电阻均衡、电容均衡、变压器均衡等多种方案。
由于本管理系统是针对大容量的动力锂电池组，若采用电阻均衡，均衡速度快但将会有过多的能量白白浪费掉；电容均衡虽然不额外耗能，但是均衡电流一般较小，很难胜任动力锂电池之间的均衡。
故本均衡模块采用兼顾效率和速度的变压器均衡方案。
在具体设计中直接采用DC/DC开关电源模块。
由于开关电源模块具有功耗小、效率高、体积小、质量轻等优点，将其直接作为均衡模块使用是一个很好的选择。
在具体使用时，根据检测到的各单节电池的电压值判断是否需要对电池组进行能量均衡。
若需要，闭合均衡总开关K5，开关K1、K2向下打到均衡档，用电池组的整体能量对电压最低节电池进行额外的均衡充电，直到各节电池电压值的差别在系统要求范围之内。
原理图如图4所示。
图4 电压采样、均衡充电原理图电流采样的实现电流是电池容量估计的关键参数，因此对电流采样的精度、抗干扰能力和线性度误差的要求都很高。
在本设计中采用LEM公司的闭环电流传感器LTSR25-NP，如图5所示，图5 LTSR25-NP实物图该元件具有出色的精度、良好的线性度和最佳的反应时间。
其额定电流为25A，最高可测80A的电流，满足系统设计的要求。
该电流传感器可把充放电电流转换为0V~5V的电压信号，送至单片机的10位A/D转换器进行转换后可测得充放电电流，测量精度为0.2A。
其工作特性曲线如图6所示。
动力电池的电池包电量均衡与管理随着电动汽车的普及，动力电池作为关键组成部分，其电池包的电量均衡与管理尤为重要。
本文将从电池包电量均衡的原理、管理方法以及未来发展趋势等方面进行探讨。
一、电池包电量均衡的原理电池包电量均衡是指在多个电池单体组成的电池包中，通过控制各个电池单体之间的电荷与放电，使得整个电池包中所有电池单体的电量保持一致。
这是确保电池整体性能稳定和寿命延长的关键。
电池包电量均衡的原理主要包括两方面：电荷均衡和放电均衡。
1. 电荷均衡：通过调节电流大小和方向，将电量较高的电池单体向电量较低的电池单体中补充电量，以达到均衡的目的。
2. 放电均衡：通过调节电流大小和方向，将电量较低的电池单体中的电量分摊到电量较高的电池单体中，以实现电量均衡。
二、电池包电量均衡的管理方法为了有效实现电池包电量均衡，我们可以采用以下几种管理方法。
1. 主动均衡：在设计电池管理系统时，通过预先设定电池单体的电压和电量上下限，采用主动的均衡措施来实现电量均衡。
例如，可以使用均衡器电路来监控电池单体的电压，并通过自动调整电流的方式实现电量均衡。
2. 被动均衡：在电池包的使用过程中，通过监测电池单体的电压和电量，当出现不均衡时，采取被动的均衡措施来调整电池单体之间的电量差异。
例如，可以采取外部负载的方式将电量较高的电池单体进行放电，以实现电量均衡。
3. 智能均衡：结合先进的电池管理系统和智能控制算法，通过对电池包中各个电池单体的状态和工作特性进行实时监测和预测，以智能化的方式实现电池包电量的均衡管理。
三、动力电池包电量均衡与管理的挑战与未来发展趋势在实际应用中，动力电池包的电量均衡与管理面临着一些挑战，如电池单体之间的不均匀老化、电池温度差异等。
针对这些挑战，未来的发展趋势主要包括以下几个方面。
1. 新型均衡技术的研究：通过引入新型的均衡技术，如基于能量存储的均衡技术、基于电容器的均衡技术等，可以改善电池包电量均衡的效果。
电池组管理之电池均衡技术介绍
写到电池均衡，基本上已经触及了BMS 的核心区域，首先需要明白几
点问题。
1.电池均衡是有限度的，效果需要用一定的参数进行评价。
2.电池均衡在HEV 和EV 里面，要求有很大的区别。
3.电池均衡的效果必须与成本和额外的能量消耗进行博弈和妥协。
而且其实有必要搞清楚为什么要进行均衡，从几篇论文中，可以得到一
些明确的阐述：
SAE_Battery Charge Equalization–State of the Art and Future Trends SAE_A Review of Cell Equalization Methods for Lithium Ion and Lithium Polymer Battery Systems
这两篇文章都是对这个方面较为全面的论述，中文的文章有一文《动力
电池组特性分析与均衡管理》写得比较全面，但是可能太抽象了。
均衡的原因：
EV 和HEV 都需要在充电和放电阶段承受很大的瞬间电流，充电的时候
表现在制动能量回收(regenerative braking current)。
对于锂电池而言，这么大的
充电电流可能是部分较满的电池直接超过损坏的电压区间。
放电阶段则是电机在启动和汽车加速的时候，需要很高的瞬间能量。
大
的放电电流，可能让某些电池处于深度放电的状态，一是影响输出电流，二是
电池本身就会损坏。
2010 Honda Insight-II 的示意。
动力电池产品的电池管理系统分析与优化在现代社会中，动力电池作为储能装置在各个领域发挥着重要的作用。
然而，电池的性能和寿命问题一直是制约其应用的核心因素之一。
为了解决这一问题，各个制造厂商纷纷推出了多种电池管理系统（BMS），用于监控和控制动力电池的工作状态。
本文将对动力电池产品的电池管理系统进行分析，并提出相应的优化策略。
一、动力电池的基本特性动力电池是一种高能密度的储能设备，具有较高的电压和能量输出能力。
然而，动力电池在使用过程中存在着电压波动、温度变化和容量衰减等问题，这些问题直接影响到电池的性能和寿命。
因此，进行合理的电池管理至关重要。
二、电池管理系统的功能电池管理系统（BMS）是一种集电池状态检测、均衡控制、温度监测、充电和放电控制等功能于一体的综合管理系统。
其主要功能包括以下几个方面：1. 电池状态监测：BMS通过采集电池组的电压、电流、温度等参数，对电池的状态进行监测和评估，在电池故障或异常情况下及时进行报警和保护。
2. 均衡控制：由于电池组中的每个单体电池之间存在着差异，容易导致充放电不平衡，从而影响电池性能。
BMS通过对电池组中的单体电池进行均衡控制，保持各个单体电池的电压和容量在合理范围内，延长整个电池组的使用寿命。
3. 温度监测：动力电池在高温环境下容易发生安全事故，而在低温环境中容易引起电池性能下降。
BMS通过实时监测电池组的温度，及时采取措施进行温度控制，确保电池在合适的温度范围内工作。
4. 充放电控制：BMS通过对电池组的充放电过程进行管理和控制，确保电池组的充电效率和放电性能符合设计要求。
同时，BMS还可以根据电池组的工作状态进行智能调度，以提高电池组的整体性能。
三、电池管理系统的优化策略为了进一步提高动力电池产品的性能和寿命，需要针对电池管理系统进行优化。
以下是一些常见的优化策略：1. 优化电池状态监测算法：通过改进电池状态监测算法，提高对电池状态的准确度和稳定性，确保对电池的故障和异常情况能够及时检测和判断。
bms动力电池均衡原理概述及解释说明1. 引言1.1 概述本文将重点讨论BMS（Battery Management System，电池管理系统）中动力电池均衡原理的相关内容。
随着电动车的普及和发展，动力电池的性能要求越来越高，而电池的不平衡问题成为制约其持久稳定工作的重大挑战之一。
因此，了解和应用动力电池均衡原理显得尤为重要。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分：引言、BMS动力电池均衡原理、BMS动力电池均衡原理的重要性、BMS动力电池均衡原理在实际应用中的挑战以及结论。
接下来将逐一介绍每个部分所涉及的内容。
1.3 目的本文旨在深入阐述BMS中动力电池均衡原理，并探讨其在实际应用中所面临的重大挑战。
通过对相关概念和解释说明的阐述，读者可以更加全面地了解该原理背后的基本概念、关键技术以及实际应用效果。
同时，本文还将总结该原理对于延长电池寿命、提高能量存储和释放效率以及提升安全性和故障预防方面的重要性，以及在实际应用中所面临的挑战。
最后，本文将展望未来该领域的发展方向和研究重点，为读者提供一个对动力电池均衡原理有较全面了解，并可以为实际应用提供参考的文章。
（注：以上内容仅供参考，具体撰写时可根据需要进行适当修改）2. BMS动力电池均衡原理：2.1 动力电池均衡概述动力电池均衡是指对电池组中的每个单体电池进行控制和管理，以确保其充放电状态的一致性。
在一个电池组中，由于制造过程、运行环境等原因，不同单体电池之间往往会存在容量差异、内阻差异等问题。
如果不对这些差异进行处理和调整，可能会导致某些单体电池充放电状态失衡，甚至引发严重后果，如降低整个系统的能量存储效率、减少电池寿命、甚至引起故障。
2.2 均衡原理解释BMS（Battery Management System）通过实时监测每个单体电池的工作状态，包括当前电压、温度、容量等信息，并根据预设的策略来调整各个单体电池之间的充放电情况，以达到均衡化。
锂电动力电池组的均衡控制(一)郁宗龙2006-1-5 电池组(PACK)有别于单体电池，在目前的锂电池制造水平下，单体之间的性能差异在其整个生命周期里不可避免会存在，组合成多节串联PACK后如不采取技术措施, 单体电池在充放电过程中的不一致会导致单体电池由于过充、过放而提前失效,要想避免单体电池由于过充、过放导致提前失效，使PACK的性能指标达到或者接近单体电池的水平，必须对电池组中单体电池进行均衡控制.电池组均衡的使命是: 将多节串联后的PACK内部各电池单体充放电性能恶化减到最小或使其消失.避免PACK内部各电池单体放电时产生性能恶化,采用简单的控制电路就可做到,但充电时避免PACK内部各电池单体产生性能恶化,却有较大难度,这使充电均衡成为 PACK均衡的一个主要问题.多节动力电池组的均衡控制有两种: 分为单独充电均衡和充放电联合均衡,一个容量及放电功率平衡设计良好的系统中, 只要充电均衡控制到位,最差单体电池的性能达到出厂指标。
事实上无需放电均衡，此时的充电均衡控制到位指:每次充电均衡控制,都可使最差单体电池的电压回复到充满就可,这一均衡方式下的PACK 各项性能由最差单体电池的性能决定, 最差单体电池的性能如果达到出厂指标,PACK 各项性能就能达到设计指标。
但是,如果充电均衡控制不能到位, 充放电联合均衡就变得非常重要, 在这一情况下,总均衡量是充放电均衡量相加和,但这种方式对电池非常不利,因为,充电时,仍有可能出现过充。
放电均衡的使命是：使PACK放电时，其放出能量为所有电池能量的平均和。
放电均衡决不能解决单体锂电组合成电池包后性能恶化的主要问题——过充产生的寿命下降和安全问题。
对于电池组均衡: 目前在业界存在如下三种均衡方式：1、单充电均衡。
2、充电均衡加放电均衡。
3、动态均衡。
事实上，动态均衡即是在锂电的使用和闲置全程中进行的充放电均衡。
它可以通过延长均衡的时间来掩盖充放电均衡量不够所产生的问题。
新能源汽车电池管理系统主动均衡分析摘要：新能源电动汽车电池作为主动力，其使用寿命直接影响到汽车的安全与稳定，在实际的应用过程中，电池往往受到温度以及环境的影响，电池管理系统具有积极的意义。
本文从新能源汽车电池管理的意义出发，以某单片机为例，深入探究了新能源汽车电池管理系统主动均衡设计，将变压器作为能量转移媒介，达到电池与电池之间的电量均衡的目的，希望为相关人员提供参考。
关键词：新能源汽车；电池管理系统；主动均衡引言：在新时代发展背景下，环保、绿色理念深入人心，新能源电动企业前景广阔。
在发展过程中电池成为制约新能源汽车产业化发展的重要影响因素。
为有效提升电池的使用效率，为企业发展提供动力和支持，需要注重电池的应用效果，电池管理系统作为现代化的电池管理方式，能够保证电池性能的同时，为新能源汽车的可持续发展奠定基础。
1新能源汽车电池管理的意义作为新能源电动汽车的主要动力，电池具有重要的意义和作用。
现阶段，电池一般可分为化学、物理、生物三种。
从化学成分来说，主要分为磷酸铁锂电池、三元锂电池以及石墨烯电池。
其中，磷酸铁锂电池的成本较低，能够长时间使用，在当前多数的新能源电动汽车中应用较为广泛，但同时，由于磷酸铁锂电池耐温性低且受到区域和季节的影响较大。
三元锂电池的具有较高的能量密度，自身性能也更优越，但该类电池在高温状态下容易出现不稳定问题，一旦温度高于220℃，电解液会短时间内燃烧完全，出现爆燃问题，带来一系列的安全隐患，甚至引发安全事故。
石墨烯电池坚固性较强，受温度等外界环境影响不大，但成本高，因而无法进行广泛使用。
随着电池技术水平的不断提高，通过分析研究得出，当电池长时间在充电或放电状态下时，容易影响电池的正常使用，造成电池容量降低。
电池使用频率的增加，容量也随之减少，品牌的不同，电池的容量变化也并不相同。
通常情况下，新能源电动汽车是通过多个电池相互串联在一起形成电池包为汽车供电。
电池组形成电池模块后再由电池模块进行串联形成电池包。
动力电池组特性的分析与均衡管理分析摘要:电池组有区别于单体电池的额外特性,基于目前的动力电池设计与制造技术水平,单体之间的性能差异在其整个生命周期里客观存在,要想避免单体由于过充、过放导致提前失效,使电池组的功能和性能指标达到或者接近单体的平均水平,对电池组中单体之间实现均衡控制和管理是必由之路.电池组均衡管理是一门先进的电池组使用技术,需要结合动力电池电化学模型、电子电源和计算机控制等多学科技术的最新研究成果,进行创新设计。
关键词:锂离子电池、动力电池组、蓄电池组、电池组使用技术、均衡控制、电池组管理0 前言被认为是未来汽车的电动汽车是电动源、电机和整车三大技术的结合体,电动源是电动汽车的核心部件,目前已经形成动力锂离子电池及其专用材料的开发热潮.做为一种新型的动力技术,锂电池在使用中必须串联才能达到使用电压的需要,单体性能上的参差不齐并不全是缘于电池的生产技术问题,从涂膜开始到成品要经过多道工序,即使每道工序都经过严格的检测程序,使每只电池的电压、内阻、容量一致,使用一段时间以后,也会产生差异,使得锂动力电池的使用技术问题迫在眉睫,而且必须尽快解决。
动力电池组的使用寿命受多种因素影响,如果电池组寿命低于单体平均寿命的一半以下,可以推断都是由于使用技术不当造成的,首要原因当推过充和过放导致单体电池提前失效.本文结合锂动力电池特性、电子电源、计算机控制技术研究动力电池组的使用技术,探讨动力电池组的均衡控制和管理。
1 动力电池主要性能参数1.1 电压开路电压=电动势+电极过电位,工作电压=开路电压+电流在电池内部阻抗上产生的电压降.电动势由电极和电解质材料特性决定,电极的过电位与材料活性、荷电状态和工况有关.金属锂标准电极电位-3.05V,3V锂电池3.3~2.3V,4V锂4.2~3.7V,5V锂4.9V~3.0V。
1.2 内阻电池在短时间内的稳态模型可以看作为一个电压源,其内部阻抗等效为电压源内阻,内阻大小决定了电池的使用效率.电池内阻包括欧姆电阻和极化电阻两部分,欧姆电阻不随激励信号频率变化,又称交流电阻,在同一充放电周期内,欧姆电阻除温升影响外变化很小.极化电阻由电池电化学特性对外部充放电表现出的抵抗反应产生,与电池荷电、充放强度、材料活性都有关.同批电池,内阻过大或过小者都不正常,内阻过小可能意味材料枝晶生长和微短路,内阻太大又可能是极板老化、活性物质丧失、容量衰减,内阻变化可以作为电池裂化的充分性参考依据之一。
1.3 温升电池温升定义为电池内部温度与环境温度的差值.多数锂电池充电时属吸热反应,放电时为放热反应,两者都包含内阻热耗.充电初期,极化电阻最小,吸热反应处于主导地位,电池温升可能出现负值,充电后期,阻抗增大,释热多于吸热,温升增加,过充时,随不可逆反应的出现,逸出气体,内压、温升升高,直到变形、爆裂。
1.4 内压电池内部压力,由于电池内部反应逸出气体导致气压增大,气压过大将撑破壳体和发生爆裂,基于安全考虑,一方面锂电池都设计了单向的防爆阀门,一方面用塑壳制造.析气反应常伴随着不可逆反应,也就意味着活性物质的损失、电池容量的下降,无析气、小温升充放电是最理想的。
1.5 电量电学里,电量用Wh表示,是能量单位,一度电等于1kWh,电池常用Ah计算电量,对于动力电池侧重于功率和能量大小,用Wh更直接一些,因为电池的电压是变化的,其全程变化量可达到极大值的一半左右,用Ah计算电量不能正确描述电池的动力驱动能力,但Ah作为电池的电量单位自有其历史和道理,在不引起歧义的地方两种电量单位都可以使用。
1.6 荷电电池还有多少电量,又称剩余电量,常取其与额定容量或实际容量的比值,称荷电程度.是人们在使用中最关心的、也是最不易获得的参数数据,人们试图通过测量内阻、电压电流的变化等推算荷电量,做了许多研究工作,但直到目前,任何公式和算法都不能得到统计数据的有效支持,指示的荷电程度总是非线性变化。
1.7 容量电池在充足电以后,开始放电直到放空电为止,能输出的最大电量.容量与放电电流大小有关,与充放电截止电压也有关系,故容量定义为小时率容量,动力电池常用1小时率(1C)或2小时率(0.5C)容量.电池在化成之前材料的活性不能正常发挥,容量很小,化成过程开始后,电池进入其生命期,在整个生命期里,电池的活化和劣化过程是一个问题的两个方面,初期活化作用处于主导地位,电池容量逐渐上升,以后,活化和劣化作用都不明显或相当,后期,劣化作用显著,容量衰减,规定容量衰减到一定比例(60%)后,电池寿命终结。
1.8 功率电学定义直流电源的输出功率等于输出电压与电流的乘积,锂电池单体电压高,在相同的输出电流下,其功率分别是铅酸、镍镉镍氢的1.8倍和3倍.电动汽车用动力电池组的负载是电机控制器,电机控制器根据车速变化调整输出功率,短时间来看,电池组驱动的是恒功率负载,这个功率变化的范围极大,制动时有与加速时相近的反向逆变功率。
1.9 效率电池的效率指电池的充放电效率或能量输出效率,本文指后者.对于电动汽车,续驶里程是最重要指标之一,在电池组电量和输出阻抗一定的前提下,根据能量守恒定律,电池组输出的能量转化为两部分,一部分作为热耗散失在电阻上,另一部分提供给电机控制器转化为有效动力,两部分能量的比率取决于电池组输出阻抗和电机控制器的等效输入阻抗之比,电池组的阻抗越小,无用的热耗就越小,输出效率就更大。
1.10 寿命单体电池寿命定义和测试程序已被人们普遍接受并形成许多标准,测试寿命时,可保证不过充、过放,也就不会提前失效,与单体不同,电池组的寿命测试目前的做法不科学,在一定程度上限制了动力锂电池的实用化进程.提供者强调每只电池的电压不可超越规定的限值,电池组的寿命应该是各单体电池寿命的最小者,其值应该与单体平均寿命相差不会太多,测试人员模拟电池组使用情况,用对单体电池相同的方法测试寿命,电压限值取单体电压限值与数量乘积,实际限制的是单体平均电压,组内单体电压有低有高,对于几十只、上百只的电池组,电压、容量、内阻的差异性总是客观存在的,过充过放无法避免,并且一旦发生相关电池将很快报废,因此就出现专家组测试的电动汽车动力电池组的寿命还没有突破过百次。
1.11 安全动力电池的工作条件苛刻,主要的安全问题是电池自身爆炸、燃烧和导致的电火,在电动汽车研发进程中,发生过多次起火事件,对电动汽车的发展造成了负面影响,通过多种渠道了解,在这些事故中,有电池自燃的,有车辆被烧毁的,甚至动用消防队灭火,许多单位顾忌影响而施行保密策略,事发第一现场很难到场,总结这些不完全的事故信息,初步有以下推断:· 长期在库存的电池未发生过自燃和爆炸,运输过程中也没出现自燃的;· 电池爆炸发生于充电后期或已经结束,充电设备和方法难脱干系;· 外部电路短路可以造成强电弧或使导线燃烧,也可以导致自燃,一般的电压、电流源都有此特性;· 用组电压或电流限制不能避免电池的过充过放;· 过充电可能使电池变形、失效、燃烧、甚至爆炸,过放电(反充电)一次足以使电池报废;· 一些受试电池通过了苛刻的用冲锋枪射击、挤压破裂短路、水淋、水泡等安规测试。
总之,电池的正确使用技术是非常重要的。
2 动力电池组充放电特性以单体电池为动力源如移动电话,电源管理技术已经十分完善,但在电池组中,单体之间的差异总是存在的,以容量为例,其差异性永不会趋于消失,而是逐步恶化的.组中流过同样电流,相对而言,容量大者总是处于小电流浅充浅放、趋于容量衰减缓慢、寿命延长,而容量小者总是处于大电流过充过放、趋于容量衰减加快、寿命缩短,两者之间性能参数差异越来越大,形成正反馈特性,小容量提前失效,组寿命缩短,在下文的充放电特性分析中就必须包含过充电和过放电过程。
2.1 充电目前锂电池充电主要是限压限流法,初期恒流(CC)充电,电池接受能力最强,主要为吸热反应,但温度过低时,材料活性降低,可能提前进入恒流阶段,因此在北方冬天低温时,充电前把电池预热可以改善充电效果.随着充电过程不断进行,极化作用加强,温升加剧,伴随析气,电极过电位增高,电压上升,当荷电达到约70~80%时,电压达到最高充电限制电压,转入恒压(CV)阶段.理论上并不存在客观的过充电压阈值,若理解为析气、升温就意味着过充,则在恒流阶段末期总是发生不同程度的过充,温升达到40~50摄氏度,壳体形变容易感测,部分逸出气体还可以复合,另一些就作为不可逆反应的结果,损失了容量,这可以看作电流强度超出电池接受能力.在恒压阶段,有称涓流充电,大约花费30%的时间充入10%的电量,电流强度减小,析气、温升不再增加,并反方向变化。
2.2 过充电上述过程考虑电池组总电压或平均电压控制,其实总有单体电压较高者,相对组内其它电池已经进入过充电阶段.过充电时,若在恒流阶段发生,由于电流强度大,电压、温升、内压持续升高,以4V锂为例,电压达到4.5V时,温升40度、塑料壳体变硬,4.6V时温升可达60度、壳体形变明显并不可恢复,若继续过充,气阀打开、温升继续升高、不可逆反应加剧.恒压阶段,电流强度较小,过充症状不如恒流阶段显著.只要温升、内压过高,就伴随副反应,电池容量就会减少,而副反应具有惯性,发展到一定程度,可能在充电中也可能在充电结束后的短时间里使电池内部物质燃烧,导致电池报废.过充电加速电池容量衰减、导致电池失效,百害无一利。
2.3 放电恒流放电时,电压有一陡然跌落,主要由欧姆电阻造成压降,这电阻包括连接单体电极的导线电阻和触点电阻,电压继续下降,经过一段时间以后,到达新的电化学平衡,进入放电平台期,电压变化不明显,放热反应加电阻释热使电池温升较高.放电电压曲线近似单体放电曲线,持续放电,电压曲线进入马尾下降阶段,极化阻抗增大,输出效率降低,热耗增大,接近终止电压时停止放电。
上述过程用恒流特性模拟负载电机,实际汽车在行使中,电机输出功率的变化很复杂,电流双极性变化,即使匀速行使,路面颠簸、微小转向都使输出功率实时变化,在短时间段里,可以用恒流放电模拟分析,总之大的方向是放电,偶尔有不规则的零脉冲(无逆变功能)或负脉冲(有逆变功能,电池被充电)出现。
2.4 过放电考虑组内单体电池,必有相对的过放电情况.在放电后期,电压接近马尾曲线,组中单体容量正态分布,电压分布很复杂,容量最小的单体电压跌落得也就最早、最快,若这时其它电池电压降低不是很明显,小容量单体电压跌落情况被掩盖,已经被过度放电。
观察单体过放情况,进入马尾曲线以后,若电流持续较大,电压迅速降低,并很快反向,这时电池被反方向充电,或称被动放电,活性物质结构被破坏,另一种副反应很快发生,过一段时间,电池活性材料接近全部丧失,等效为一个无源电阻,电压为负值,数值上等于反充电流在等效电阻上产生的压降,停止放电后,原电池电动势消失,电压不能恢复,因此,一次反充电足以使电池报废。
