電子發燒友網報道(文/黃山明)所謂電池均衡,是指在電池組中調整各個單體電池的電量狀態,使得它們的電壓或容量達到一致的過程。在電池組中,由于制造差異、老化程度不同或者工作條件的不一致等原因,各個單體電池可能會有不同的放電率和充電率,這會導致某些電池過度放電或過度充電,進而影響整個電池組的性能和壽命。
電池均衡通常可以分為被動均衡與主動均衡,其中被動均衡通常使用電阻來耗散多余的能量,這種方式簡單但是效率較低。而主動均衡則是通過能量轉換裝置(如DC/DC轉換器)將能量從一個電池單元轉移到另一個單元,這種方式效率更高,但實現起來也更復雜。而近期,更是發展出了智能均衡技術,通過算法來對電池組中各單體進行精準控制和管理。
電池均衡技術發展歷程
隨著電池產品的迅速發展,電池均衡技術的重要性也與日俱增。對于儲能電池而言,電池均衡技術能夠提升其整體性能、延長使用壽命、增強系統可靠性、優化能量管理、降低運維成本以及促進環保和資源回收等。
不過在最早期,在電池均衡技術出現之前,電池組的不一致性問題主要通過設計冗余來解決,但這并非一種高效的方法。并且隨著鋰離子電池的普及,特別是對于需要高能量密度的應用場景,電池組的一致性問題成為了必須要解決的問題之一。
因此工程師開始在在電池組中引入了簡單的電阻作為均衡手段,當某個電池單元的電壓超過預設值時,會通過電阻消耗多余的電能,這種方式被稱為被動均衡。
盡管這種方法結構簡單,易于實現,但由于它只是將多余的電能轉化為熱能散發掉,而不是有效地再利用,因此效率較低。
為了解決效率低下的問題,主動均衡技術開始興起,它可以將高電壓電池單元的能量轉移到低電壓電池單元,而不是簡單地消耗掉。
當然,主動均衡之所以被冠以“主動”二字,在于其可以通過對電池進行有針對性的控制來實現均衡,包括使用變換器式主動均衡和基于SOC的主動均衡研究。主動均衡技術具有均衡效率高、能量利用率高、安全性好等優點,但實現難度較大,控制策略復雜。
近年來,智能均衡技術成為研究的重點。它利用先進的電子技術和算法,對電池組中的各單體電池進行精準控制和管理。
智能均衡策略依賴于算法來控制電路,這些算法需要實時監測電池組中各單體電池的狀態,并據此做出決策。算法必須足夠智能以適應不同的工作條件和電池狀態變化,硬件上也需要精確的傳感器來監測電池狀態,以及高效的電子開關來執行均衡操作。
這就導致目前智能均衡策略的成本較高,并且面臨著如電池狀態的準確監測、均衡算法的優化、系統可靠性的提升等技術性難題。并且智能均衡系統還需要定期維護和軟件升級,以適應電池老化和性能變化,這增加了系統的運營成本和復雜性。
電池均衡技術向著更高效、更低成本的方向發展
可以確定的事,目前電池均衡技術仍在不斷進步,包括開發更高效率、更低能耗的均衡策略,以及探索新的材料和技術來改進電池性能。甚至還將結合AI和大數據分析,以便實現更為智能和個性化的電池管理方案。
但總體來看,電池均衡技術將向著向著更高的效率、更低的成本以及更好的用戶體驗方向發展。而現代電池管理系統已經能夠實時監控每個電池單元的狀態,并通過先進的算法進行精確的均衡控制,這不僅提升了電池組的性能,還優化了整個系統的能效。
值得一提的是,智能電池均衡技術是BMS中一個重要的研究方向,因此目前有許多企業都在開發和推出自己的智能電池均衡方案。如比亞迪、特斯拉、寧德時代、三星、LG、通用電氣、ABB、西門子、Maxwell、Leclanché等企業都推出了自己的智能化電池均衡技術。
而這些企業的智能電池均衡方案具有一些共同的特點,如高度集成的硬件和軟件,以及采用了先進的算法與模型進行電池狀態評估,并且能夠實時監控電池電壓、電流、溫度等參數,同時支持遠程監控和診斷,通常采用模塊化設計,易于擴展和維護。
具體方案來看,比如鈺泰半導體推出的ETA3000是一種新型的電池均衡器,采用了獨有的專利技術。ETA3000不同于傳統的無源平衡技術,而是利用帶有電感器的控制方案,在電池單元之間傳輸電流,直到相鄰單元的電壓相等,實現高效的能量均衡。這也算一種智能化的電池均衡技術。
榮威在其RX5 eMAX車型中采用了上汽集團自主研發的智能電池均衡技術。這項技術能夠根據電池單元的容量、SOC、溫度及工作狀態等特性,適時地調整電池單元的均衡,從而提升電池組的穩定性和使用壽命。
朗特智能在鋰電池均衡充電技術上也有著身后的技術底蘊,其技術已經應用于智能家居及家電智能控制器。朗特智能的技術特點在于能夠提供穩定的電源管理解決方案,并且在離網照明產品及充電樁業務方面也有應用。
此外,還有一些初創公司和科研機構正在研究基于智能算法(如模糊控制、神經網絡、遺傳算法等)的電池均衡控制策略,這些策略能夠根據電池單體的實時狀態自適應調整均衡控制參數,實現更高效的均衡效果。
小結
在當前的市場中,智能化電池均衡技術意味著一種先進的BMS,不僅能夠監控電池的基本參數,還能通過數據分析和算法優化,實現電池組內部單體電池之間更精細、更高效的能量均衡。而智能化均衡技術不僅是當前儲能電池領域的熱門研究方向,也是實現更高性能、更長壽命和更安全儲能系統的關鍵技術之一,代表了儲能電池技術的未來發展趨勢。
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