國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新步伐正在日益加快，新能源汽車(chē)特別是純電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化道路也在日夜兼程。但是總有一些關(guān)鍵技術(shù)困擾新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，動(dòng)力電池一致性問(wèn)題就是其中的問(wèn)題之一。

隨著用戶對(duì)純電動(dòng)汽車(chē)各項(xiàng)性能要求的日益提升，動(dòng)力電池一致性問(wèn)題也成為擺在產(chǎn)業(yè)發(fā)展面前一道繞不開(kāi)的“坎兒”，如何有效解決電池一致性問(wèn)題，成為新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵。

鋰離子成組電池一致性亟需解決

鋰離子動(dòng)力電池作為新能源汽車(chē)的關(guān)鍵核心部件，其成組電池間的一致性問(wèn)題，對(duì)于動(dòng)力電池組壽命、整車(chē)安全性等方面都顯得尤為重要。在實(shí)際應(yīng)用中，因電池組間的差異，電池組中的某一單體電池率先失效，將會(huì)形成“多諾米效應(yīng)”，致使整個(gè)電池組整體失效，嚴(yán)重影響電池組的安全和使用壽命，并威脅整車(chē)的正常使用。

鋰電池一致性的變化是一個(gè)不斷積累的過(guò)程，應(yīng)用時(shí)間越長(zhǎng)，單體電池間產(chǎn)生的差異就越大。同時(shí)使用環(huán)境也會(huì)造成單體電池間一致性的差異。

造成鋰電池一致性差異的原因主要包括以下幾個(gè)方面：首先是電池生產(chǎn)材料因不同批次導(dǎo)致電池單體在性能方面存在微小差別；其次，即使是同一批次的電池材料，因?yàn)楣に嚪矫娴蔫Υ茫缟a(chǎn)環(huán)境溫、濕度等的細(xì)微變化，也會(huì)造成所生產(chǎn)的同一批次的電池存在一致性差異；再次，即使同一批次的同一型號(hào)電池容量和內(nèi)阻同樣可能存在差異性，即便是在生產(chǎn)過(guò)程中嚴(yán)格控制配料、活漿等工藝過(guò)程，也只能盡可能縮小批量產(chǎn)品之間的差異，而不能徹底解決一致性問(wèn)題。

常見(jiàn)鋰電池均衡方案

除了在電池材料和生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行控制，減少電池間差異帶來(lái)的整體性能的降低，通常還可以采用均衡的技術(shù)手段，來(lái)解決電池一致性問(wèn)題。

鋰電池均衡技術(shù)是指在鋰電池成組后，通過(guò)人為干預(yù)使電池組內(nèi)的所有電池綜合性能趨于一致，其目的是確保電池組性能可以充分發(fā)揮，并保證電池在使用過(guò)程中的安全。根據(jù)均衡過(guò)程中電路對(duì)能量的消耗情況，均衡可分為能量耗散型和能量非消耗型兩大類(lèi)。

能量耗散型均衡是通過(guò)給電池組中每只電池并聯(lián)一個(gè)電阻進(jìn)行放電分流，從而實(shí)現(xiàn)均衡。這種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只將容量高的單體電池的能量消耗，存在能量浪費(fèi)和進(jìn)行熱管理等問(wèn)題，可能會(huì)造成安全隱患并加速電池老化。因此能量耗散型均衡通常適用于小型電池組、均衡電流要求不高的情況。

能量耗散型均衡一般分為兩種

①定分流電阻均衡充電電路，即每只單體電池都始終并聯(lián)一個(gè)分流電阻，考慮電池的自放電及功耗，分流電阻取值一般為電池內(nèi)阻的數(shù)十倍。該電路的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，缺點(diǎn)在于無(wú)論電池處于充電還是放電過(guò)程，分流電阻始終消耗功率，因此一般在能量充足、可靠性要求高的場(chǎng)合適用。

②開(kāi)關(guān)控制分流電阻均衡充電電路，分流電阻通過(guò)開(kāi)關(guān)控制，在充電過(guò)程中，當(dāng)單體電池電壓達(dá)到終止電壓時(shí)開(kāi)始平衡，有最大單體電流充電電壓和電池組平均電壓兩種控制策略。該均衡電路在充電期間，可對(duì)充電時(shí)電壓偏高者進(jìn)行分流，缺點(diǎn)是由于均衡時(shí)間的限制，導(dǎo)致分流時(shí)產(chǎn)生大量熱需要管理。

能量非耗散型均衡通常使用儲(chǔ)能原件轉(zhuǎn)移能量使電池組電壓保持一致。電路的能耗比能量耗散型要小，均衡電流大且效率較高，但電路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。此類(lèi)均衡技術(shù)可分為能量轉(zhuǎn)換式均衡和能量轉(zhuǎn)移式均衡兩種。

能量轉(zhuǎn)換式均衡是通過(guò)開(kāi)關(guān)信號(hào)，由鋰離子電池組整體向單體電池進(jìn)行補(bǔ)充，或者由單體電池向電池組通過(guò)同軸線圈進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。從成本和均衡效率來(lái)考慮，能量轉(zhuǎn)換式可應(yīng)用于助動(dòng)車(chē)等小功率場(chǎng)合，但不適合擴(kuò)展到更大的電池組中。

能量轉(zhuǎn)移式均衡是利用電感或電容等儲(chǔ)能原件，把鋰離子電池組中容量高的單體電池中的能量轉(zhuǎn)移到容量比較低的電池上。

其實(shí)從均衡的不同結(jié)構(gòu)、機(jī)制、過(guò)程等，可以將均衡分成很多類(lèi)型，本文僅從能量角度，將均衡分成能量耗散和非能量耗散型兩種。對(duì)比兩種均衡方法，我們不難看出，能量耗散型均衡技術(shù)簡(jiǎn)單，但仍存在很多問(wèn)題，如果采用該方法，將會(huì)在其他方面增加電池組管理的復(fù)雜性和不確定性。非能量耗散型盡管電路復(fù)雜，但更“節(jié)能”，對(duì)電池組均衡效果也更好，也被業(yè)內(nèi)看作是未來(lái)高性能均衡方案的主流。

其實(shí)各類(lèi)均衡技術(shù)間并沒(méi)有絕對(duì)的優(yōu)勝者，很多情況下是多種均衡技術(shù)并存，但其目的都是為了提高電池的一致性，減少“木桶效應(yīng)”對(duì)動(dòng)力電池組方面的影響。只有切實(shí)提高電池組一致性，才能減少新能源汽車(chē)在使用方面的各類(lèi)問(wèn)題，推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。