隨著社會的發(fā)展,人們生活水平的提高,對環(huán)境也越來越高,新能源電動汽車在這種趨勢下得到了爆發(fā)式增長。眾所周知,鋰電池隨著使用時間推移,會不斷老化和衰減,從而造成電池組內(nèi)單體電量產(chǎn)生差異,因為木桶短板效應(yīng),會造成鋰電池使用壽命縮短和續(xù)航里程降低。所以需要使用均衡儀來平衡電池電量,但是市場上均衡儀品牌眾多,魚龍混雜,均衡模式也各不相同,那么怎樣才能選購性價比最優(yōu)的均衡儀呢?
目前,市場上的均衡儀根據(jù)工作原理分:可以分為純充電式均衡儀、純放電式均衡儀、充放一體式均衡儀和能量轉(zhuǎn)移式均衡儀。其中能量轉(zhuǎn)移式均衡儀價格最低、純放電式次之,純充電式再次之,充放電一體式的最貴。理論上來說,都可以實現(xiàn)電池均衡,但是卻各有優(yōu)缺點,我們從各個模式均衡儀的原理說起,讓大家了解到各種均衡儀的優(yōu)缺點。
1、充電式均衡儀:
其工作原理相當于給電池組內(nèi)每串單體電池配一個高精度充電器,其工作目標并不是將電壓拉平,而是保證每串單體電池都能充滿電,從而讓所有單體電池電量都達到100%;哪怕電池容量發(fā)生變化產(chǎn)生了差異,也能最大限度發(fā)揮電池組的最大輸出能量;
2、放電式均衡儀:
其工作原理相當于給每個單體加上一個放電電阻,電池包放電結(jié)束之后,將還有電量的單體電池的電放空,從而保證下次充電時,不會因為某串單體電量過多而充不進電,從而確保下次充電時能發(fā)揮出電池最大輸出能量,其工作目的也不是將電壓拉平,而是將所有電池電量放空,即所有電池單體電量變?yōu)?%;
3、充放電式一體式均衡儀:
相當于將充電式均衡儀和放電式均衡儀做成一體機,即可以用充電模式將所有電池電量充滿,也可以用放電模式將所有電池電量放完,還可以以電壓均衡模式,將所有電池電壓拉平;
4、能量轉(zhuǎn)移式均衡儀:
其工作原理是:將電壓高的電池放電,用其能量給電壓低的單體電池充電。從而實現(xiàn)將電池電壓拉平的目的,所以其工作目標是將電壓拉平。
從原理上來說,4種均衡儀都能實現(xiàn)電池均衡,下面再講解一下各種模式的優(yōu)缺點:
在講解優(yōu)缺點之前,先說一下鋰電池充放電特性,鋰電池充放電分為3個,分別是起始階段、平臺期和滿電階段。
從上圖可知,電池充電起始階段和充電結(jié)束階段電壓跨越都很大,即電池從失電狀態(tài)剛開始充電時電壓可以快速上升,到平臺期時非常緩慢,出平臺期之后,電壓又開始快速上升。
從上圖可知,鋰電池大部分的充電時間,都是在平臺期里,起始和滿電階段的時間非常短。特別是磷酸鐵鋰電池,差不多95%的電量集中在平臺期里面,所以在平臺期,每1mV對應(yīng)的電量是非常大的。而且,鋰電池的平臺電壓,也不完全一樣的,哪怕出廠時經(jīng)過分容配組,隨著電池使用年限增長,這個平臺電壓也會變得不完全一致。
所以基于電壓控制模式的均衡儀,電池比較新的情況下,應(yīng)該會有效果,隨著電池老化之后,均衡效果就會逐漸變差。因為基于電壓模式的均衡儀,不能主動控制均衡工作在電池充電末端或者放電末端,而往往只能工作在平臺期,所以哪怕所有單體電池電壓均衡到了一致,也不能代表電量已經(jīng)一致,而且均衡產(chǎn)品本身還有檢測誤差等,電壓也不一定能均衡到完全一致。
所以,各種均衡儀里面:基于電壓控制的能量轉(zhuǎn)移式均衡儀,效果會非常差;而且實際上,一般電池PACK內(nèi)部,都會內(nèi)置基于電壓控制模式的均衡裝置,包括市場是的主動均衡和被動均衡,都是基于電壓控制模式的內(nèi)置均衡裝置。當內(nèi)置的均衡裝置已經(jīng)不能拉回電量的時候,外置的基于電壓的均衡儀,也一樣不能實現(xiàn)均衡效果。所以,能量轉(zhuǎn)移式均衡儀,不建議選購,盡管這種均衡儀價格比較便宜。
放電式均衡儀:是將所有電池電壓都放空的一種均衡裝置,這種均衡找平,實現(xiàn)于電池的放電末端,是可以完全實現(xiàn)電量均衡的,比能量轉(zhuǎn)移模式的均衡儀,效果會好很多。它的缺點是:1、放電電阻在機箱里,發(fā)熱會比較嚴重,難以散熱;2、電池電壓有時會跌落至2.5V以下,放電式均衡儀沒有辦法將這類電池拉回正常狀態(tài);
充放電式均衡儀:是即可以工作于放電末端,也可以工作于充電末端的均衡儀,還可以工作于電壓控制模式,在平臺期進行電壓找平,不過在平臺期電壓找平均衡效果很差,這個前面已經(jīng)論述。從均衡效果來看,工作于充放電末端的均衡儀,效果都很好的,所以,效果是沒有問題的。但是充放電均衡也有以下缺點:
放電電阻發(fā)熱嚴重,所以此類均衡儀體積會比較大,且比較笨重;
因為此類均衡儀發(fā)熱嚴重,所以里面的散熱裝置成本會比較高,此類均衡儀價格會比較貴;
因為均衡找平,都是工作于充放電末端;所以均衡時間并不能節(jié)省,均衡時間和純充電時間是一樣的;
純充電模式均衡儀:此類均衡儀只能工作于充電末端;從效果上來說,不管是放電末端還是充電末端,效果都是一樣的,所以效果和充放電模式均衡儀一樣也是很好的。從均衡時間上來說,都是工作于充電末端,所以均衡時間也是一樣的。但是純充電模式均衡儀,由于去除了放電裝置,可以大量減輕機器發(fā)熱,從而將機器的體積做的更小,重量更輕,更方便攜帶,成本也更低,從性價比上來說,此類均衡儀,無疑是性價比最高的。
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