2022.01.15
隨著儲能行業的快速發展，鋰電池的使用壽命和使用環境的重要性日益凸顯。在這過去的幾年里，ATESS不斷致力于鋰電池BMS的研發，在2021年的尾聲，我們終于交出了一份滿意的答卷-ATESS將會在新的電池系統中增加更加可靠和智能的主動均衡技術。該技術的應用將保證電池系統始終處于最佳性能狀態，提升電池的使用壽命，也可使電池系統能夠適應更加惡劣的負載條件，同時也大大減少了技術人員現場維護的成本，確保ATESS儲能系統更好的可靠性，更高的穩定性和更強的環境適應性。
背景介紹
鋰電池在運行過程當中會受到多種特性的影響，如過壓，欠壓，過充，過放，熱失控和電芯之間電壓不均衡，其中，最重要的因素就是電壓不均衡，它會隨著時間的推移改變電池組中每個電芯的電壓，從而降低電池組的容量，同時在電池組中，最弱的電芯也將決定整體電池組的性能。所以，為保證電池組的整體性能，我們應對電池組中的每一個電芯進行均衡處理，保證電芯之間的電壓差異盡可能小。目前，行業內已經根據電芯電壓和電池荷電狀態（SOC）提出了主動均衡和被動均衡兩種電池平衡方法。
均衡對比
被動均衡技術通過耗散來自較高SOC電芯的能量來均衡各電芯SOC，并將具有類似SOC的所有電池公式化等效于最低級別電芯的SOC，我們也叫它耗散型均衡技術；主動均衡技術是將能量從較高SOC的電芯轉移到SOC較低的電芯中，從而使每個電芯的SOC相等，我們叫它非耗散型均衡技術。下圖是電池均衡技術的對比，我們從圖中可以看出，被動均衡技術將使整個電池組的SOC=SOC 2，主動均衡技術將使整個電池組的SOC=((SOC 2+SOC 4)/2+(SOC 1+SOC 3)/2)/2。
被動均衡技術
被動均衡技術在平衡電路中使用電阻器，電路將通過耗散較高電芯電壓的能量來均衡每個電芯的電壓，并使得整個電池組達到與最低電芯電壓等效的電池組電壓。同時我們應注意，被動均衡技術僅在充電情況下奏效，因為被動均衡不能反向切換，反向切換只會導致電池組更加不平衡，從而違背均衡技術的初衷。被動均衡技術的拓撲如下圖所示，圖中V1到Vn為模組內串聯的各節電芯的電壓，Q1到Qn為各節電芯所對應的繼電器，R1到Rn是每節電芯多對應的固定分流電阻。BMS通過受控的繼電器將電阻器與每個串聯連接的電芯并聯，從而平衡每個電芯的電壓，工作思路為，當電壓傳感器檢測到電壓不均衡時來確定應該分流哪個電阻，其中，電阻值將根據所需的平衡電流而確定。
ATESS主動均衡技術—單變壓器主動均衡法
上文中我們已經說到，主動均衡技術屬于非耗散型均衡技術，它是將能量從較高的電芯轉移到較低的電芯，直到所有電芯都平衡為止，同時，主動均衡技術可用于充電和放電雙向操作，所以與被動均衡相比，這種平衡電路可以很高效地平衡電池組內的電芯。
ATESS所采用的主動均衡技術的拓撲電路如下圖所示，圖中V1到Vn為模組內串聯的各節電芯的電壓，Q1到Qn+1是半導體開關，D是二極管，S1是初級側控制的半導體開關，T是整個電池組的變壓器。此技術的工作策略為，整個電池組電流被切換S 1到變壓器T，并且變壓器的輸出被整流并通過相應的半導體開關被傳送到最低的電芯，因此，需要實時監測來選擇目標單元和開關設備。
ATESS主動均衡技術—工作模式與策略
ATESS主動均衡功能框圖
主動均衡待機狀態
電池組靜態時，BMU主動均衡模塊會實時采集電池電壓，同時模塊內部已設有均衡開啟條件，通過輸出低電平關閉恒流電源模塊，并關閉各路繼電器。
主動均衡開啟狀態
當MCU檢測到電池組滿足均衡開啟條件時，識別出電壓最低的電芯，并控制對應電芯繼電器，根據控奇或控偶的均衡策略來同時閉合三路繼電器，BMU輸出高電平使恒流電源模塊工作給最低電壓電芯恒流充電，判斷一輪均衡周期為15S，開啟均衡為12S，關閉均衡為3S。MCU實時計算平均電芯電壓和最低節電芯的壓差，并和電壓范圍做均衡判斷，一個周期后如果有其它單體電芯滿足開啟均衡條件，MCU開啟所相應的繼電器通路并對其均衡充電。
主動均衡關閉狀態
假如在下一個均衡周期（15S）內判斷被均衡的最低單體電芯已經不滿足均衡設置條件時，MCU也會提前關閉該電芯所對應的均衡電路繼電器和均衡電源模塊，重新判斷是否還有其它滿足均衡設置的單體電芯。如果最終判別沒有，則關閉所有均衡電路和均衡電源模塊，整個均衡系統將保持在待機狀態。
ATESS主動均衡工作策略
具體優勢
1. 降低維護成本：帶主動均衡的電池系統將大幅降低巡檢維護頻率，從而減少維護人員配置，降低維護支出。
2. 更穩定可靠：帶有主動均衡的BMS可以更快速和靈活的管理系統內的每一個電芯，確保電芯電壓一致性，從而可以使電池系統可以達到最佳的充放電性能，電芯電壓一致性一旦有了保障，那么帶載的能力也會有很大的提升。
3. 更強的負載環境適應性：不帶主動均衡的電池系統，電芯電壓一致性相對較差，那就意味著原本可以帶的負載，卻因為較弱的電芯無法滿足放電性能，從而導致電池系統的熱失控而無法帶載，帶有主動均衡的電池系統可以很大程度上避免這種類似的安全隱患。我們不難看出主動均衡相較于被動均衡更靈活、動平衡速度更快。雖然主動均衡前期需要投入一定成本，但是ATESS在帶有主動均衡技術的電池系統上，將給予客戶十年質保(*特定測試條件下)，并大大減少技術人員現場維護的成本。當然，主動均衡還有很多潛在的優勢，可詳詢我們獲取進一步信息。如果您有具體的項目，ATESS的技術方案人員將會根據項目的實際情況為您提供經濟高效的、最適合您的儲能系統方案。
總結
我們不難看出主動均衡相較于被動均衡更靈活、動平衡速度更快。雖然主動均衡前期需要投入一定成本，但是ATESS在帶有主動均衡技術的電池系統上，將給予客戶十年質保(*特定測試條件下)，并大大減少技術人員現場維護的成本, 總的來說這筆投入是值得的。當然，主動均衡還有很多潛在的優勢，可詳詢我們獲取進一步信息。如果您有具體的項目，ATESS的技術方案人員將會根據項目的實際情況為您提供經濟高效的、最適合您的儲能系統方案。
