动力电池续航难？均衡控制助力动力电池续航

目前来看，汽车电动化必是汽车未来的主要发展趋势之一。说起电动汽车，首先便会想到它的动力电池，动力电池的成本高低、续航时间长短、充电时间快慢以及它的安全性一直被汽车行业高度关注，其中均衡控制威廉希尔官方网站 便是提升动力电池续航能力的关键威廉希尔官方网站 之一。那什么是均衡控制威廉希尔官方网站 呢？为什么能提高动力电池的续航能力呢？就让我们下面一一来进行解答。

均衡控制威廉希尔官方网站 就是要克服电芯不一致性。这里就出现了两个问题：

1、什么是电芯的不一致性？

2、电芯不一致会造成什么后果？

电芯的不一致性

通俗来说就是每个电芯都是不一样的。这很好理解，就如同世界上不会有完全相同的两片叶子。首先在制造生产过程中，很难保证生产出的电池完全一致；其次在使用的过程中，由于外部环境的不同，日积月累，电芯的容量和电芯中的电量等会存在差异。而其中最主要的外部环境便是温度。一般情况下，锂离子电池的使用环境温度高于其最佳温度10℃时，锂离子电池的寿命会降低一半。

因为在不同的温度下，电芯内会产生不一样的化学反应，从而导致每个电芯的差异。那么，能不能对于电芯的温度进行控制呢？答案是否定的。一方面，在汽车中，动力电池由成百甚至上千个电芯串并联组成，其所占体积比较大，在汽车实际行驶过程中，很难控制其中的每个电芯都具有相同的温度；另一方面，电芯内部发生的各种化学反应和电路中的各种元器件，释放出的热量会所有差别，因此电池的这种温度差异是无法避免的。

那么差异主要体现在什么地方呢？如果将电池比作一个木桶，那么电量就是木桶中的水，也就是人们所说的SOC（荷电状态），木桶的容积就是我们所说的电池容量。如下图所示，左侧的电池容量是相同的，但是它们的SOC不同，而右侧两个电池它们的容量和SOC均有差别。

图 1电芯不一致对比图

电芯不一致造成的后果

为什么要如此强调电芯的不一致呢？首先我们要了解锂电池的一个性能，它会有一个充电上限以及放电下限，如果超过这个上限或者下限，就是我们通常所说的“过充”以及“过放”，锂电池都可能因为“过充”或者“过放”发生燃烧甚至是爆炸，这对电动汽车会造成极大的安全隐患，所以我们要避免“过充”以及“过放”。

由于充电上限和放电下限的存在，如下图所示，在放电时，当一个电芯达到放电下限时，电池的管理系统就会中止电芯的放电过程，其余电芯也无法再进行放电，因此在其他电芯中的电量会被浪费。同理，在充电过程中，如果一个电芯充电到充电上限，该充电过程就会中止，其余电芯中剩余的空间也不能得到利用。这就像我们所知道的短板效应，当一个木桶里有一个短板时，这个桶的其他的板再长，水的容量也无法再增加。这样会导致很大的一部分电池容量没有被利用，如果放任这种情况继续下去，在电池循环往复的充放电过程中，没有被使用的电池容量将会越来越多，电池的续航能力将大大降低。因此为了应对这一问题，电池的均衡控制威廉希尔官方网站 应运而生。

图 2电芯充放电示意图

均衡威廉希尔官方网站 又分成了两类，一类是被动均衡威廉希尔官方网站 ，一类是主动均衡威廉希尔官方网站 。被动均衡威廉希尔官方网站 就是将即将要充满的电池的电量进行消耗；主动均衡威廉希尔官方网站 就是将即将要充满的电池的电量进行转移，两种方式都能使得电芯电量可以趋于一致，提高电池的性能。

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一般被动均衡威廉希尔官方网站 会通过电阻，将即将容量要满的电池的电量通过热的形式消耗，为别的电芯争取更多的充电时间。如图，因为第三个电芯最快充满，所以会在上面并联一个电阻，将其的电量耗散掉，从而1、2、4都可以达到充满的状态。

图 3 被动均衡威廉希尔官方网站 示意图

被动均衡电路设计简单，较容易实现，所以被应用在很多电动汽车上。但是他不能对电池的容量进行改变，而且多余的电荷量被完完全全通过热量耗散掉，造成了电量的损失。其次耗散的热量也对锂电池的散热系统提出了更高的要求，因为锂电池对热是很敏感的，温度不同他们的容量、SOC都会发生显著的差别，也会带来安全问题。

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主动均衡威廉希尔官方网站 的大致思路是把电量高的电芯的电量转移到电量低的电芯中。具体来说就是在放电过程把电量高的电芯A的电量转移到电芯B那里，让电芯B不会那么快触及放电下限。如此类推，最高电量的电芯给最低电量的电芯“充电”，电池内的电芯的电量会被周而复始的均衡，提高电池的性能以及整车的续航能力。充电过程也是如此，对于较快充满的A电芯，将把较快充满的A电芯中的电量转移到第二多电量的电芯中，之后两个电芯将会同时接近充满，将两个电芯的电量再转移到电量第三多的电芯中，周而复始，直到充满每个电芯。

图 4 主动均衡威廉希尔官方网站 原理图

主动均衡有各种各样的方式，根据所使用的电路器件不同，可以分为电容式、电感式、变压器式等。下面举一个电容式具体例子来简单理解一下主动均衡过程。

图 5 电容式主动均衡原理图

这是一个主动均衡的主电路，看起来比较复杂，其实原理相对简单。绿色背景框住的电路图为其中的一个单元，剩余电路都是这个单元电路的重复。首先，右侧的开关全部导通，即Sa21和Sa22闭合，此时，电容C2充电，最终电容C2的电压与B2相同。然后Sb21和Sb22断开，左边一侧的开关导通，使得C1、C2、……Cn的电容并联，最终各个电容电压相等。最后，左边一侧的开关断开，右边一侧开关再导通，电容C与电池B进行能量交换，实现整个电池组中的各个单体电容量的均衡。

图 6 电容式主动均衡过程

但是，主动均衡也有其缺点，从图5可以看出，主动均衡所需要的电路复杂，复杂的电路安全性也难以保障，而且在汽车比较难以实现，因此其还在进一步的试验和发展中。

由于电芯不一致，为了保障电池的容量利用率，提高电动汽车的续航，动力电池均衡控制威廉希尔官方网站 不断发展。被动均衡威廉希尔官方网站 和主动均衡威廉希尔官方网站 各有优劣，现阶段主要在汽车上应用的是被动均衡威廉希尔官方网站 ，如何进行有效安全的主动均衡，这对于现阶段的动力电池控制策略来说是一大挑战也是机遇。