◆文/山東 焦建剛

純電動(dòng)汽車所采用的動(dòng)力電池組是由多個(gè)單體電池組成的。在目前的電池制造技術(shù)水平下，純電動(dòng)汽車的蓄電池雖然是同一型號(hào)、同一規(guī)格，但各蓄電池的電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)存在差別。單體之間的性能差異在蓄電池整個(gè)生命周期里不可避免的存在，組合成多節(jié)串聯(lián)電池組后，在充放電過(guò)程中的不一致會(huì)導(dǎo)致單體電池由于過(guò)充、過(guò)放而提前失效。這不僅縮短了動(dòng)力電池的使用壽命，而且會(huì)因?yàn)閱误w電池的內(nèi)阻增大和有效活性物質(zhì)減少而使動(dòng)力電池充放電能量轉(zhuǎn)換效率下降和輸出功率降低，并導(dǎo)致電動(dòng)汽車的動(dòng)力學(xué)下降。

一、動(dòng)力電池不均衡原因及現(xiàn)象

有些使用鎳鈷錳、鎳鈷鋁或其他類型動(dòng)力電池（電芯）的車輛，電池包里會(huì)有數(shù)百甚至數(shù)千節(jié)電池。這些電池會(huì)采用“串并”的方式組合，串聯(lián)升高電壓、并聯(lián)擴(kuò)大容量，因此在使用過(guò)程中就無(wú)法保證每節(jié)電池或某個(gè)模塊不出現(xiàn)電壓、容量、溫度的差異，這就會(huì)造成不均衡或不平衡趨勢(shì)的問(wèn)題。

假設(shè)某幾個(gè)電芯或模塊出現(xiàn)容量的嚴(yán)重下降，電壓自然也會(huì)降低。充電的時(shí)候這些電池就會(huì)先充滿，而控制單元在檢測(cè)到這些電池充滿之后就會(huì)停止充電，但此時(shí)其他電池還沒(méi)有充滿，然而也是不得不停止充電（圖1）。這就導(dǎo)致電池組總也充不滿，續(xù)航里程當(dāng)然會(huì)受到影響。在用車過(guò)程中可能出現(xiàn)“跳電”的情況，比如SOC-40%行駛中，正常駕駛忽然出現(xiàn)從40%降低到20%，這兩成的電量可能只能行駛幾百米，但在40%～60%區(qū)間卻可以行駛幾十千米，電池組的問(wèn)題就很嚴(yán)重了，此時(shí)就需要進(jìn)行均衡充電。

圖1 動(dòng)力電池包無(wú)法充滿示意圖

電動(dòng)汽車充電時(shí)候，SOC計(jì)算是按照最高單體電壓計(jì)算的；放電時(shí)候SOC按照最低單體電壓計(jì)算。而電池包由多個(gè)電芯串聯(lián)而成，充電狀態(tài)下，最高單體電壓達(dá)到充電截止電壓時(shí)，最低單體電壓未必達(dá)到滿充截止點(diǎn)，這就導(dǎo)致整包實(shí)際充不滿。因此需要通過(guò)主動(dòng)/被動(dòng)均衡，把最高電壓?jiǎn)误w的電量轉(zhuǎn)移出去（均衡放電），同時(shí)對(duì)最低電壓?jiǎn)误w額外進(jìn)行充電（均衡充電），這就是充電過(guò)程中的均衡操作（圖2）。

圖2 動(dòng)力電池包電量無(wú)法完全使用示意圖

二、動(dòng)力電池均衡技術(shù)

動(dòng)力電池均衡技術(shù)的意義就是利用電子技術(shù)，使鋰離子電池單體電壓偏差保持在預(yù)期的范圍內(nèi)，從而保證每個(gè)單體電池在正常的使用時(shí)不發(fā)生損壞。若不進(jìn)行均衡控制，隨著充放電循環(huán)的增加，各單體電池電壓逐漸分化，使用壽命將大大縮減。

電池均衡一般分為主動(dòng)均衡、被動(dòng)均衡兩種。

1.被動(dòng)均衡

被動(dòng)均衡，指的是在充電過(guò)程中，運(yùn)用電阻器，將高電壓或者高荷電量電芯的能量消耗掉，以達(dá)到減小不同電芯之間差距的目的，是一種能量的消耗。當(dāng)各單體電池電壓接近一致時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行充電。此過(guò)程一直重復(fù)進(jìn)行，直到各單體電池電壓接近一致（圖3）。

圖3 電池管理系統(tǒng)均衡管理功能展示——被動(dòng)均衡

2.主動(dòng)均衡

主動(dòng)均衡，運(yùn)用儲(chǔ)能器件等，將荷載較多能量的電芯部分能量轉(zhuǎn)移到能量較少的電芯上去，是能量的轉(zhuǎn)移。均衡充電時(shí)，電容通過(guò)其控制開(kāi)關(guān)交替與相鄰兩個(gè)電池連接，接受電壓高電池的充電，并向電壓低的電池放電，直到兩個(gè)蓄電池的電壓趨于一致（圖4）。

三、動(dòng)力電池組均衡維護(hù)儀的使用

1.動(dòng)力電池組均衡維護(hù)儀

圖4 電池管理系統(tǒng)均衡管理功能展示——主動(dòng)均衡

目前，部分電動(dòng)汽車的BMS管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)有電池均衡功能，但由于系統(tǒng)的復(fù)雜性以及成本控制限制，并沒(méi)有在所有的電動(dòng)汽車上面得到普及，因此，實(shí)際使用中的電動(dòng)汽車在使用一定時(shí)間后，會(huì)面臨著動(dòng)力電池由于單體電池性能下降所導(dǎo)致的容量降低，續(xù)航里程下降嚴(yán)重的問(wèn)題，為了解決這種問(wèn)題，當(dāng)電動(dòng)汽車行駛到一定里程后，就必須采用專業(yè)的電池組均衡維護(hù)儀（圖5）進(jìn)行電池的均衡作業(yè)，以使動(dòng)力電池性能恢復(fù)到正常范圍。

2.使用動(dòng)力電池組均衡維護(hù)儀維護(hù)動(dòng)力電池

以北汽純電動(dòng)汽車EX360為例，廠家使用了圖示的動(dòng)力電池組均衡維護(hù)儀對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行均衡維護(hù)，具體步驟如下。

（1）拆電池包上蓋（圖6）。

（2）確定需要維護(hù)電池組的線束插頭（圖7）。

圖5 動(dòng)力電池組均衡維護(hù)儀

圖6 拆電池包上蓋

圖7 確定需要維護(hù)電池組的線束插頭

（3）檢查均衡儀器及匹配線束（圖8）。

（4）確認(rèn)均衡儀處于關(guān)閉狀態(tài)，連接電池組到均衡儀之間線束（圖9）。

圖8 檢查均衡儀及匹配線束

圖9 連接電池組到均衡儀之間線束

（5）打開(kāi)均衡儀，根據(jù)車輛電池參數(shù)進(jìn)行調(diào)試設(shè)置（圖10）。

圖10 調(diào)試設(shè)置

（6）打開(kāi)均衡儀，根據(jù)車輛電池參數(shù)進(jìn)行調(diào)試設(shè)置（圖11）。

圖11 調(diào)試設(shè)置電池參數(shù)