大慶市交通運(yùn)輸局 周寶林

0 鋰電池保護(hù)板作用及短板

電池雖然充放電性能優(yōu)異,，但是卻具有一個(gè)明顯的短板,，那就是懼怕過充電和過放電，一旦發(fā)生一次嚴(yán)重的過充電和過放電,，鋰電池就會(huì)受到嚴(yán)重的不可恢復(fù)的損害,，導(dǎo)致容量降低、內(nèi)阻增大、功率減小,、發(fā)熱量增加,，如果發(fā)生多次，則電池的損害程度會(huì)急劇加重,，導(dǎo)致電池報(bào)廢,，甚至引發(fā)電池事故，為了防止這個(gè)問題的發(fā)生,，采用單體鋰電池供電的設(shè)備,，配套使用的鋰電池，必須配備專用的鋰電池保護(hù)板,，重點(diǎn)防范鋰電池的過充電和過放電,，除此之外，還要增加過流保護(hù),、超溫保護(hù),，防短路保護(hù)等功能，提高鋰電池的安全性,。

基于鋰電池保護(hù)板的保護(hù)原理,，決定了它只能用于單體鋰電池或多個(gè)單體鋰電池的并聯(lián)，當(dāng)多個(gè)單體鋰電池以串聯(lián)方式組成電池組時(shí),，保護(hù)板的存在和保護(hù)動(dòng)作的啟動(dòng)將阻礙電池組的正常運(yùn)行,，因此不適合用于串聯(lián)鋰電池組。

隨著鋰電池組的大規(guī)模應(yīng)用,，對(duì)鋰電池組的保護(hù)又有其特殊要求,，鋰電池組保護(hù)板又應(yīng)運(yùn)而生，各種設(shè)計(jì)層出不窮,，形式多種多樣,，從防止鋰電池過充電的角度出發(fā)，大部分保護(hù)板都增加了“均衡”功能,，但都是“被動(dòng)均衡”,，只是均衡電流大小不同、發(fā)熱量不同而已,。然而,，大量的應(yīng)用現(xiàn)實(shí)情況表明，大多數(shù)鋰電池組并沒有因?yàn)榘惭b了鋰電池保護(hù)板而明顯改善了安全系數(shù)和提高使用壽命,，由于固有的技術(shù)缺陷,，安全問題依舊存在和突出，事故不斷,，鋰電池保護(hù)板并沒有真正兌現(xiàn)它的技術(shù)價(jià)值,。

1 電池均衡技術(shù)及發(fā)展現(xiàn)狀

電池均衡的思想由來已久,，但電池均衡技術(shù)的實(shí)現(xiàn)卻困難重重，研發(fā)進(jìn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電池技術(shù)的發(fā)展,，從早期的鉛酸蓄電池到后來的鎳氫電池，到近幾十年發(fā)展而來的鋰離子電池,、三元鋰電池,、磷酸鐵鋰電池、鈦酸鋰電池等動(dòng)力電池,，電池技術(shù)的發(fā)展,，突飛猛進(jìn)，特別是鋰電池,，比容量,、功率越來越大，但一個(gè)嚴(yán)峻問題卻越發(fā)凸顯,，那就是安全問題越來越突出,，安全管理難度越來越大，特別是大容量高功率儲(chǔ)能,、動(dòng)力電池組的一致性管理和熱失控管理,，難度越來越大。

基于大多數(shù)人對(duì)鋰電池組管理的認(rèn)知,，普遍認(rèn)為只要能保證每一塊鋰電池在充電時(shí)不發(fā)生過充電即可,，所以在鋰電池組的安全管理策略和實(shí)現(xiàn)方法思想上，普遍的共識(shí)是,，只要能實(shí)現(xiàn)充電均衡即可,，因此，大多數(shù)研發(fā)人員都把研發(fā)方向選擇在充電均衡,，由此出現(xiàn)了一股充電均衡研制熱潮,，研發(fā)出各種形式的充電均衡技術(shù)，最為經(jīng)典的就是采用“開關(guān)管+電阻”式的被動(dòng)均衡技術(shù),，內(nèi)置基準(zhǔn)電壓和控制電路,，當(dāng)電池的充電電壓達(dá)到和超過充電限制電壓時(shí)，開關(guān)管和電阻工作,，對(duì)超過限制電壓的電池強(qiáng)制放電,，這種均衡方式，由于電能通過電阻放電轉(zhuǎn)化為熱量釋放掉,，電阻長(zhǎng)時(shí)間處于較高的溫度下,，因此均衡電流通常都比較小，一般在40mA至200mA之間,，并且由于介入的時(shí)機(jī)較晚,，因而均衡效果不很理想,，即使在后來引入了BMS程序控制機(jī)制，將介入時(shí)機(jī)提前,，仍無法達(dá)到預(yù)期效果,，此外，應(yīng)用上的數(shù)據(jù)測(cè)量也發(fā)現(xiàn),，當(dāng)電池組的充電電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被動(dòng)均衡電流的情況下,，被動(dòng)均衡的單元電池發(fā)生過充電的概率仍非常高，在充電的中后期,，低容量電池單元仍長(zhǎng)時(shí)間處于過充電狀態(tài),，導(dǎo)致電池過熱，防過充電的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期,，更重要的是這種均衡方式不支持放電均衡,，被強(qiáng)制充電均衡的低容量電池的電量會(huì)率先放完電，一旦BMS系統(tǒng)工作失常,，低容量電池就會(huì)進(jìn)入過放電狀態(tài),，對(duì)電池進(jìn)行二次傷害，加劇低容量電池的衰減,，充電時(shí)過充,，放電時(shí)過放，這是被動(dòng)均衡的必然結(jié)果,，因此被動(dòng)均衡僅僅只是一種概念上的宣傳,，沒有多大的實(shí)際意義。

在被動(dòng)均衡問題逐漸顯現(xiàn)的情況下,，另一種電池均衡技術(shù)--充電均衡技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,，雖然仍不支持放電均衡，但充電均衡電流顯著提升,，降低了低容量電池過充電的風(fēng)險(xiǎn),，另外由于對(duì)電能實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)移，均衡效率提高了很多,，但仍是一種過渡性的電池均衡技術(shù),，無法從根本上解決問題。

隨著社會(huì)對(duì)大功率儲(chǔ)能,、動(dòng)力電池組安全運(yùn)行的迫切要求,，特別是在預(yù)防熱失控方面，傳統(tǒng)的被動(dòng)均衡和充電均衡技術(shù)難以滿足安全需求,，性能優(yōu)異的轉(zhuǎn)移式電池均衡技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,，深受研發(fā)機(jī)構(gòu)和企業(yè)的青睞，設(shè)計(jì)架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方式多種多樣,，均衡電流,、均衡效率,、均衡能力、均衡方式各異,，轉(zhuǎn)移式電池均衡技術(shù)的問世,，對(duì)提高電池組的安全運(yùn)行系數(shù)，提高平均容量利用率,，防范低容量電池的過充電和過放電,，特別是防控?zé)崾Э毓收暇哂兄匾锍瘫囊饬x，雖然好處多多,，但這種電池均衡技術(shù)普遍具有一個(gè)非常大的弱點(diǎn)，那就是設(shè)備成本過高,，用戶接受困難,，迫切需要一種適應(yīng)性好、均衡能力強(qiáng),、效率高,、成本低的高效電池均衡技術(shù)，可喜的是,，這種需求的電池均衡技術(shù)已在民間誕生,，作者通過持續(xù)多年的不懈研究，成功研制出低成本的高效電池均衡技術(shù),，加之獨(dú)有的雙向同步整流技術(shù),，支持10安以上連續(xù)均衡電流，特別適合于大功率儲(chǔ)能,、動(dòng)力電池組的安全運(yùn)行需求,。

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