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锂离子电池组的被动平衡方案

电池组,特别是动力锂电池内部是由相当多数量的小电池(也就是电池芯)组合而成的,在小电池制成已经确定并被选作电池组构件的情况下,小电池之间在初始状态、工作状态和搁置状态都会出现各种不平衡现象,更深入地分析,就是各个小电池之间的荷电能力并不能保?#36136;?#26102;相同,而这种不同会阻碍锂电池组性能的充分发挥。目前,有两种解决小的锂电池在电池组中不平衡状况的方案:主动平衡与被动平衡。这里主要说一下被动平衡方案。
   被动平衡是针对锂电池充电状态而言的。它的前提是,在对电池组充电前,电池组内的每个小电池存有不同的残余电荷,这种不同是由电池的不同性能参数决定的,由于每一个电池这种性能上的不同,有部分电池在电流冲动下会因为自己的“弱势”而过充,形成过压。过压是对锂电池的最大伤害,它会造成电池组的严重受损乃至无法再次使用。
   被动平衡的方法是:在充电?#20445;?#21487;以将导致小电池电压迅速高涨的电流分流到旁路电阻。将不需要的充电电流分流至电阻,以便让电阻耗散这些电流,就可以避免电池的过充电。被动平衡的这一功率耗散功能可以将电池分流出来的电流限定在某一范围内,从而使所有的小电池都充满电。
   被动平衡方法的不足是:因为以功率耗散为手段,使一部分平衡电流表现为热量,这样就使得锂电池组的充电效率大打折扣,加大了制造锂电池的成本。另外,它也不能解决锂电池组在放电和搁置状态时的电量失衡问题,因而,如果想达到被动平衡的终极目的——锂电池组充放电的全面平衡还需要采取进一步的措施,但这都会加大锂电池制造成本。
   锂电池放电的不平衡来源于三个方面:一是放电前状态的不平衡,虽然通过被动平衡能使每个小电池都能得到充足的电量,但由于小电池结构不同,部分小电池内部损耗大,?#37096;?#20197;说自放电大,从而造成一个锂电池组内的不同小电池电量失衡。二是每个小电池的参数只能是接近(即使是无限接近)而不能保证完全一致,参数接近度越高,则挑选小电池花的费用就越大,从这个角度来说,每个小电池的参数不尽相同。三是每个小电池有着不同的温度梯度,小电池在不同的温度梯度内老化的速度不同。还有另一种可能,相同的老化程度对每个小电池的要求是不一样的,在同一温度下,有的老化快些,有的老化慢些。
   热量管理系统可以保证被动平衡在放电状态下也有一定的作用,但效果并不明显,且成本高,为了保证锂电池充放电完全平衡,“被动平衡”方案在锂电池组制造中应运而生了。