淺析AGV鋰電池主動和被動電池平衡

鋰電池的相關知識

“鋰電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。1912年鋰金屬電池較早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M. S. Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫?，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。隨著科學技術的發展，現在鋰電池已經成為了主流。

        鋰離子電池具有能量密度高，功率密度高、壽命長、環保等特點，已經在AGV行業中獲得應用。AGV鋰離子電池組的容量大、串并聯節數多，需要電池管理系統對其進行有效控制與管理。

        我們從鋰電池平衡的工作過程，通過舉例子讓大家能初步的理解鋰電池主動/被動工作原理。

    電池組-由多單元電池通過串聯或并聯電池陣組成。串聯電池單元能夠獲取較高的電池組電壓，而并聯電池單元能夠獲取較高的總電池容量（單位為安培小時額定值或Ahrs）。電池組的容量將指示并行電池數量，將等于并聯電池數量的電池容量乘以系統運行所需的電池容量。根據電池類型，AGV傾向于使用多個串聯鋰離子電池和多個并聯電池）。這取決于AGV的重量、預期使用模式和車輛中的各種系統效率。系統的幾個方面將決定電池組電壓，包括電動機的總體尺寸和類型、電纜尺寸和隔離要求。

        多單元電池通過向堆疊頂部的電池的正端子提供電流來充電。（假設電池包括n個串聯電池）。換句話說，電池單元不單獨充電。在充電結束時，每個單元格中剩余的電量是不同的；并且當您反復對電池充放電（在沒有平衡的情況下）時，這種差異會增加。

        如上圖中的兩個電池，假想為相同的充電容器，那么AGV工作時將從電池消耗能量，這將耗盡這些容器。AGV的充電時是將電荷注入電池，從而填充那些容器。但是并非所有電池單元都彼此相同，它們也會不均勻；因此，較弱的電池將以不同的速率充放電。每個電池的電壓電平將分別隨著電池的充電和放電而緩慢上升和下降。

        換句話說，在初次充電/放電循環之后，一些能量在電池組中滯留。它永遠不能用于為AGV提供動力。隨著電池充放電反復進行，滯留的電量增加，從而降低可用電量。此外，可用電量的損失是滯留電量的兩倍，因為滯留電量不可用，并且等效電量不能注入到另一個電池單元中。

        進行多次的充放電循環之后，可用能量開始接近零。如何避免這個問題呢？平衡！可通過將多余電量耗散到電阻上來實現電池平衡，從而重新獲得將電池充滿電并達到完全充電的能力。

        只要所有電池具有相同容量，在每次充電循環結束時就無需完全平衡——因為電荷不平衡的影響是完全可逆的。通過BMS廠商對策是對電池的無源平衡部分在經歷多次充電/放電循環之后才被實現。當平衡系統準備就緒時，可用電量降幅超過25％。然而，在平衡所有電池之后，電池組通過較少的可用能量損失即可完全充滿。

        根據應用和熱學考慮選擇平衡電流的量。例如，在24kWh系統（96個電池串聯）中，假設電池在其壽命結束時具有小于1％的充電時間差（充電時間的差異隨時間增加），則66Ah系統將需要補償660mAh。憑借200mA的平衡電流，可在3.3小時內平衡該系統，但是需要兩倍的時間來平衡100mA電流。

        鋰電池的被動/主動平衡不應該由AGV廠商來設計的，但是AGV廠商需要了解無論是主動均衡，還是被動均衡，整體的均衡效率都是考量電池的技術評價指標，即均衡的時間效率與均衡的能量效率，兩者的效率對于總體能量效率的貢獻程度，這應該是BMS產品圍繞用戶需求設計的重要競爭力指標； 電池的均衡技術區分為主動均衡與被動均衡。所謂被動就是高電壓電池放電，主動均衡就是高電壓電池將電能轉給低壓電池或者高電壓電池轉給整組。詳細的均衡實現策略說起來可沒那么容易，簡單來講被動就是一節或幾節高電壓電池放電，主動均衡就是高電壓的放電，低電壓的充電了；因而，被動均衡是一種有損均衡，主動均衡尚可以算得上無損均衡。主動均衡比較復雜，但是能量利用率高，均衡效果也更好一些。被動均衡比較簡單，但是基本上能量是被損耗掉的，均衡效果需要的時間比較長。