提高电动汽车电池寿命的方法

文章介绍 电动汽车续航为什么会衰减？中提到减少电芯不一致性可以通过均衡方式实现，本文主要讲主要均衡方式。

为减小电动汽车中电池间不一致性，提高电池使用效率，减少寿命衰减，电池管理系统必须对电池进行均衡。电动汽动力锂电池电池均衡控制技术主要包括两部分，均衡拓扑结构设计和均衡控制策略设计。

根据均衡是否存在能量发散可分为主动均衡和被动均衡，能量发散可以理解为电能以热量的形式散失去。如下为几种常见动力电池均衡拓扑结构：

①并联电阻均衡

并联电阻均衡电路结构如图3-17所示，通过对每串电池并联一个热电阻，当系统检测到电池组中的某串电池剩余容量较低时，控制与剩余容量较高的电池相串联的开关管，当开关管闭合后，热电阻与电池进行并联连接，热电阻两端通电后产热消耗电能，对剩余容量较多的电池进行放电达到均衡目的。

此方法电路简单，将多余电量通过均衡电阻以热量的形式散发，会造成能量浪费。现有产品均衡电流为100mA左右，均衡电流较小，均衡效率低。该方法属于典型耗散性均衡。

②开关电容式均衡

如图2为开关电容均衡电路结构，开关电容式均衡通过开关管与电容的组合通过控制相应开关管导通与闭合，将剩余容量多的电池电能转移至剩余容量较少的电池中。在理论中该方法不存在能量消耗，可看作为非耗散性均衡，实际受电容影响和电路消耗会有少许能量消耗。

此方案控制逻辑相比于并联电阻均衡电路较为复杂，同时要防止电池或电容出现短路等危险情况，若控制不当，造成电池短路，电池在短时间释大电流可将电容击穿，电路板相关元器件烧坏，对整车及驾乘人员造成危险。

③Buck-Boost均衡结构

图3为双向均衡拓扑结构，一个双向电路连接两串电池。通过控制开关管导通或闭合将电能存储在电感中，在通过开关管导通或闭合将电能从电感中释放至剩余容量较低的电池中。由于该结构均衡效率较快，可快速实现相邻串数电池间均衡。

但是不均衡电池不为相邻电池时，需要通过控制不同开关管将能量通过相邻电池传送至剩余容量较低的电池，均衡效率较低，控制难度较大，造成均衡时间增加，能量在均衡过程中损失较多。该拓扑结构不适用于电池包内含有较多串数电池的PACK中。

④同轴多副边变压器均衡

图4为同轴多副边变压器均衡结构，变压器中含有多个副边，一个原边。原边与开关管串联，并且原边两端与电池组两端正极和负极相连，变压器中每个副边与一串电池相连。为保证副边易于统一控制，副边设计时匝数相同，在工作中可产生相同的电流。该电流可实现对电池充电和放电，当某串电池剩余容量较低时可闭合原边相连开关管使能量存储在变压器中，通过闭合应副边开关管，将能量转移至剩余容量较低的单串电池中。

⑤基于变压器双向均衡电路结构

图5为基于变压器双向均衡电路结构，B1为电池，M+为电池模组正极，M-为电池模组负极。当B1 SOC高于模组平均值且电压在均衡允许范围内，初级开关输出波控制导通，电池B1放电，放电电流在初级绕组上上升，可检测该上升电流，当上升电流到达设定 (峰值电流)时，初级开关控制断开。次级开关控制导通，存储在变压器中的电能开始转移至电池模组，当检测到电流降为0时，次级开关控制断开，初级开关控制导通，重复上述循环，直到满足放电均衡停止，图6为充电均衡过程图。

当B1 SOC低于模组平均值且电压在均衡电压允许范围内，启动充电均衡。次级开关控制导通，当检测到电流达到 (峰值电流)时，级开关控制断开，初级开关控制导通，存储在变压器中的电能开始转移至B1，当检测到电流降为0时，初级开关控制断开，次级开关控制导通，重复上述循环，直到B1满足充电均衡停止，图7为放电均衡过程图。

被动均衡结构简单、安全性高、成本低，在汽车行业广泛应用。储能设备由于环境稳定，可以采用独立均衡设备定期人为进行均衡。独立均衡设备就要采用主动均衡方式，均衡电流达到3A以上，提高效率。新能源飞机和特种设备一不差钱二不缺维护，黄金玩家随意!

电芯能量密度在提升，生产工艺也在提升，也许再过几年电芯一致性问题可以从根本源头解决。如果电芯一致性得到控制，也必将是电池行业的一番撕逼，一些生产技术落后的企业，也终将变为落叶。

来源：微信公众号《新能源汽车设计之家》