剖析電池系統(tǒng) “均衡” 本質(zhì):非低品質(zhì)電池的救命稻草
在新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的當(dāng)下,電池系統(tǒng)作為核心能源載體,其性能與安全性備受關(guān)注。而 “均衡” 技術(shù),作為電池管理系統(tǒng)(BMS)的關(guān)鍵組成部分,卻常被誤解為 “低品質(zhì)電池的救命稻草”。事實(shí)上,均衡技術(shù)的本質(zhì)是解決電池固有特性差異、保障系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的核心手段,無(wú)論電池單體品質(zhì)高低,都是電池系統(tǒng)不可或缺的重要環(huán)節(jié)。
電池系統(tǒng)由數(shù)十甚至數(shù)百節(jié)單體電池串聯(lián)、并聯(lián)組成,而即使是同一批次、同一型號(hào)的電池單體,在生產(chǎn)制造過(guò)程中,電極材料的均勻性、電解液的注入量、隔膜的微觀結(jié)構(gòu)等方面也會(huì)存在微小差異。這些微小差異在電池長(zhǎng)期充放電循環(huán)過(guò)程中會(huì)被不斷放大,導(dǎo)致單體電池的電壓、容量、內(nèi)阻等參數(shù)出現(xiàn)明顯不一致。例如,在充電過(guò)程中,部分容量較低的電池會(huì)先達(dá)到滿電電壓,若繼續(xù)充電,這些電池可能會(huì)因過(guò)充而損壞;在放電過(guò)程中,部分容量較低的電池會(huì)先放完電,若繼續(xù)放電,這些電池則可能會(huì)因過(guò)放而失效。這種單體電池的不一致性,不僅會(huì)降低整個(gè)電池系統(tǒng)的容量和續(xù)航能力,還會(huì)嚴(yán)重影響電池系統(tǒng)的安全性和使用壽命。
均衡技術(shù)的核心作用,就是通過(guò)主動(dòng)或被動(dòng)的方式,對(duì)電池系統(tǒng)中各單體電池的充放電過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié),使各單體電池的電壓、容量等參數(shù)保持一致,從而避免部分電池過(guò)充、過(guò)放,保障電池系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。被動(dòng)均衡技術(shù)通常通過(guò)在每節(jié)單體電池兩端并聯(lián)一個(gè)電阻,當(dāng)某節(jié)電池電壓過(guò)高時(shí),通過(guò)電阻放電的方式將多余的電量消耗掉,使該電池電壓降至與其他電池一致的水平。這種技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低,但能量利用率較低,通常適用于小型電池系統(tǒng)或?qū)δ芰啃室蟛桓叩膱?chǎng)景。主動(dòng)均衡技術(shù)則通過(guò)電感、電容等儲(chǔ)能元件,將電壓過(guò)高的電池中的能量轉(zhuǎn)移到電壓過(guò)低的電池中,實(shí)現(xiàn)能量的循環(huán)利用。主動(dòng)均衡技術(shù)能量利用率高,均衡效果好,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高,適用于大型動(dòng)力電池系統(tǒng)、儲(chǔ)能電池系統(tǒng)等對(duì)性能要求較高的場(chǎng)景。
然而,在行業(yè)內(nèi),均衡技術(shù)卻常常被誤解為 “低品質(zhì)電池的救命稻草”,認(rèn)為只有使用了低品質(zhì)、一致性差的電池單體時(shí),才需要依靠均衡技術(shù)來(lái)保障電池系統(tǒng)的性能。這種觀點(diǎn)顯然是對(duì)均衡技術(shù)本質(zhì)的嚴(yán)重誤解。事實(shí)上,即使是采用高品質(zhì)、高一致性的電池單體組成的電池系統(tǒng),在長(zhǎng)期使用過(guò)程中,由于電池單體的老化速率不同、使用環(huán)境溫度差異等因素,也會(huì)導(dǎo)致單體電池的不一致性逐漸增大。如果沒(méi)有均衡技術(shù)的調(diào)節(jié),這些高品質(zhì)電池組成的電池系統(tǒng),其性能和使用壽命也會(huì)受到嚴(yán)重影響。
以新能源汽車動(dòng)力電池系統(tǒng)為例,新能源汽車在行駛過(guò)程中,電池系統(tǒng)會(huì)頻繁充放電,且電池包內(nèi)部各位置的溫度差異較大,這些因素都會(huì)加速電池單體不一致性的產(chǎn)生。如果動(dòng)力電池系統(tǒng)沒(méi)有配備高效的均衡技術(shù),即使采用了高品質(zhì)的電池單體,隨著使用時(shí)間的增加,電池系統(tǒng)的容量會(huì)快速衰減,續(xù)航里程會(huì)大幅縮短,甚至可能出現(xiàn)電池過(guò)充、過(guò)放等安全隱患,嚴(yán)重影響新能源汽車的使用體驗(yàn)和安全性。相反,配備了高效均衡技術(shù)的動(dòng)力電池系統(tǒng),能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)各單體電池的狀態(tài),有效抑制電池單體不一致性的增大,延長(zhǎng)電池系統(tǒng)的使用壽命,保障電池系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
在儲(chǔ)能電池系統(tǒng)中,均衡技術(shù)的重要性同樣不可忽視。儲(chǔ)能電池系統(tǒng)通常需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,且充放電循環(huán)次數(shù)多,電池單體的老化速率差異會(huì)更加明顯。如果沒(méi)有均衡技術(shù)的調(diào)節(jié),儲(chǔ)能電池系統(tǒng)的容量會(huì)快速下降,儲(chǔ)能效率會(huì)大幅降低,無(wú)法滿足長(zhǎng)期穩(wěn)定儲(chǔ)能的需求。而配備了均衡技術(shù)的儲(chǔ)能電池系統(tǒng),能夠有效平衡各單體電池的狀態(tài),提高電池系統(tǒng)的儲(chǔ)能效率和使用壽命,保障儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
從行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看,隨著電池技術(shù)的不斷進(jìn)步,電池單體的能量密度不斷提高,電池系統(tǒng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大,對(duì)均衡技術(shù)的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的被動(dòng)均衡技術(shù)已經(jīng)難以滿足大型電池系統(tǒng)的需求,主動(dòng)均衡技術(shù)正逐漸成為主流。同時(shí),隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展,智能均衡技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。智能均衡技術(shù)能夠通過(guò)對(duì)電池單體狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和分析,預(yù)測(cè)電池單體不一致性的發(fā)展趨勢(shì),提前進(jìn)行均衡調(diào)節(jié),進(jìn)一步提高均衡效果,保障電池系統(tǒng)的性能和安全性。
綜上所述,均衡技術(shù)的本質(zhì)是解決電池系統(tǒng)中單體電池不一致性問(wèn)題、保障電池系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的核心手段,并非 “低品質(zhì)電池的救命稻草”。無(wú)論是采用高品質(zhì)電池單體還是低品質(zhì)電池單體組成的電池系統(tǒng),都需要依靠均衡技術(shù)來(lái)抑制單體電池不一致性的增大,延長(zhǎng)電池系統(tǒng)的使用壽命,保障電池系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的背景下,我們應(yīng)當(dāng)正確認(rèn)識(shí)均衡技術(shù)的本質(zhì)和重要性,加大對(duì)均衡技術(shù)的研發(fā)投入,推動(dòng)均衡技術(shù)不斷創(chuàng)新升級(jí),為新能源產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供有力支撐。





