生產(chǎn)制造和使用過程的差異性，造成了動(dòng)力電池單體天然就存在著不一致性。不一致性主要表現(xiàn)在單體容量、內(nèi)阻、自放電率、充放電效率等方面。單體的不一致，傳導(dǎo)至動(dòng)力電池包，必然的帶來了動(dòng)力電池包容量的損失，進(jìn)而造成壽命的下降。有研究表明，單體電芯20%的容量差異，會(huì)帶來電池包40%的容量損失。

電池單體的不一致，會(huì)隨著時(shí)間的推移，在溫度以及振動(dòng)條件等隨機(jī)因素的影響下進(jìn)一步惡化，使得參數(shù)向著離散化方向，義無反顧打馬而去。如同這個(gè)世界永遠(yuǎn)向著熵增的方向前進(jìn)一樣。趨勢(shì)無法逆轉(zhuǎn)，但可以干預(yù)，降低它的惡化速率。方法之一就是通過電池管理系統(tǒng)對(duì)電芯實(shí)施均衡。

1均衡的觸發(fā)

業(yè)內(nèi)早已認(rèn)識(shí)到均衡的重要性，關(guān)于電池均衡的研究由來已久，得到的方法結(jié)論也多種多樣。

1.1觸發(fā)參數(shù)

均衡面對(duì)的第一個(gè)問題，是什么條件下起動(dòng)系統(tǒng)均衡功能。常見的是兩條路線，一條是以單體端電壓為監(jiān)督目標(biāo)，當(dāng)單體壓差進(jìn)入一定范圍，均衡開始發(fā)揮作用；另一條路線是以SOC為目標(biāo)，認(rèn)為SOC才是真正反映電芯需求的參數(shù)，當(dāng)單體SOC與平均SOC的差值達(dá)到一定值，均衡過程被觸發(fā)。

實(shí)際上，SOC是一個(gè)更綜合的參數(shù)，如果計(jì)算的合理準(zhǔn)確，可以覆蓋單體電壓的影響。但是如果把SOC作為目標(biāo)參數(shù)，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須包含采集計(jì)算每只串聯(lián)電芯SOC相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.2什么狀態(tài)可以均衡

另一個(gè)問題，到底在什么過程中實(shí)施均衡，是不論什么過程，只要達(dá)到了參數(shù)的閾值就開始均衡，還是人為規(guī)定，均衡只發(fā)生在充電過程、放電過程，還是電池沒有工作任務(wù)的靜置過程。

這個(gè)問題的觀點(diǎn)不是非常一致，各家管理系統(tǒng)有不同的設(shè)置。我想，均衡過程應(yīng)該可以設(shè)計(jì)在任何過程中，但需要考慮是否對(duì)電池包最有利。

充電末尾均衡，在最高單體電壓觸及充電截止電壓后，系統(tǒng)啟動(dòng)均衡功能，放掉電壓最高單體部分電量，使得系統(tǒng)還可以進(jìn)一步充入更多電量，或者讓高電量電芯給最低電量電芯充電，理想狀態(tài)是全部電芯同時(shí)到達(dá)截止電壓。

在放電過程末尾均衡，當(dāng)單體最低電壓已經(jīng)觸及放電截止電壓，系統(tǒng)啟動(dòng)均衡，最低電壓消失后，系統(tǒng)還可以再運(yùn)行一段距離。

這個(gè)過程中會(huì)有兩個(gè)問題，一方面，只有系統(tǒng)配備主動(dòng)均衡功能，才可以實(shí)現(xiàn)繼續(xù)行駛一段距離的目的，如果只有被動(dòng)均衡，放掉高電量，則只能發(fā)揮去除電芯累積能量差距的目的；進(jìn)而，另一個(gè)問題，即使在放電末尾，全部電芯回到了同一個(gè)起跑線，但由于電芯之間的容量差異，到達(dá)充電結(jié)束時(shí)刻，充電均衡可能還是需要進(jìn)行。

在車輛運(yùn)行過程中均衡，這里的一個(gè)問題是，由于電流大小不同，系統(tǒng)內(nèi)阻大小不同的影響，動(dòng)態(tài)的SOC和電芯電壓往往不容易得到準(zhǔn)確值，這對(duì)運(yùn)行過程中均衡可能會(huì)非常不利。

2均衡策略

2.1概念

什么是被動(dòng)均衡

動(dòng)力電池系統(tǒng)一般主要由電池模組、電池管理系統(tǒng)BMS、熱管理系統(tǒng)以及一些電氣和機(jī)械系統(tǒng)等構(gòu)成。目前影響新能源汽車大規(guī)模推廣應(yīng)用的因素包括電池系統(tǒng)成本、續(xù)航里程以及電池系統(tǒng)安全性等。隨著新能源汽車技術(shù)的發(fā)展，安全性日益得到重視，動(dòng)力鋰離子電池在過充電、針刺、碰撞情況下易引起連鎖放熱反應(yīng)造成熱失控，造成冒煙、失火甚至爆炸等。同時(shí)動(dòng)力電池的性能，包括能量密度、使用壽命受溫度變化影響，所以熱管理的重要性進(jìn)一步體現(xiàn)出來。

一、熱管理的重要性

車輛在不同的行駛狀況下，單體電芯由于其自身有一定的內(nèi)阻，在輸出電能的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，使得自身溫度變高，當(dāng)自身溫度超出其正常工作溫度范圍間時(shí)會(huì)影響電池的性能和壽命。而電動(dòng)汽車上的動(dòng)力電池系統(tǒng)是由多個(gè)動(dòng)力電池單體電芯構(gòu)成，動(dòng)力電池系統(tǒng)在工作過程中產(chǎn)生大量的熱聚集在狹小的電池箱體內(nèi)，熱量如果不能夠及時(shí)地快速散出，高溫會(huì)影響動(dòng)力電池壽命甚至出現(xiàn)熱失控，導(dǎo)致起火爆炸等。

目前國內(nèi)的熱管理研究較多關(guān)注在散熱上，更準(zhǔn)確地說是集中在電池系統(tǒng)箱體和模組層面上，比如液冷系統(tǒng)的應(yīng)用。而在電芯層面上的隔熱防控并沒有過多關(guān)注。從動(dòng)力電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上可以看到，在進(jìn)行熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到電芯單體和電池模組這兩個(gè)層次的結(jié)構(gòu)。因此在電池系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中就必須要考慮到電芯單體和電池模塊所在位置的溫度環(huán)境的影響。因此在設(shè)計(jì)電池模塊排列時(shí)，若單體電池之間排列緊湊且沒有散熱和隔熱措施的話，電池組在充放電時(shí)溫度會(huì)急劇上升，存在嚴(yán)重的安全隱患。

因此需要通過電池?zé)峁芾砑夹g(shù)研究，加強(qiáng)電池的加熱和散熱能力，保證電池工作在合適的溫度范圍內(nèi)和保持電池箱內(nèi)合理的溫度分布。研究需要從單體級(jí)別的熱失控產(chǎn)生機(jī)理及特性方面逐步擴(kuò)展到由單體熱失控觸發(fā)繼而傳播到整個(gè)電池系統(tǒng)的熱失控級(jí)別。

二、有無隔熱措施的區(qū)別

曾有研究表明在電池單體之間設(shè)置隔熱層，阻斷失控單體向臨近單體傳熱，同時(shí)，隔熱層不完全封閉，單體之間留有對(duì)流通道，有利于失控單體產(chǎn)生的熱量在整個(gè)電池包內(nèi)散熱，避免局部過熱。在《車用動(dòng)力電池?zé)岱雷o(hù)與散熱集成研究》中，設(shè)置四種方案進(jìn)行熱失控時(shí)的熱性能分析，方案一代表電池單體間不添加任何散熱隔熱措施，方案二代表電池單體間安置隔熱板，方案三代表電池單體間安置熱管組，方案四代表單體間錯(cuò)落安置隔熱板與熱管組。

對(duì)4種方案下正常工況與熱失控時(shí)電池組的散熱與隔熱性能進(jìn)行分析，對(duì)比驗(yàn)證該集成系統(tǒng)的熱管理性能，并探究了隔熱板厚度對(duì)于熱失控傳播的阻隔作用結(jié)論如下：

（1）四種方案對(duì)比表明，方案二阻熱性能突出，可有效延緩熱失控傳播，但是散熱性能較差，僅僅依賴隔熱板和自然散熱無法滿足電池組熱管理需求。方案三散熱性能良好，但隨著放電倍率增大最大溫差驟升。同時(shí)，熱失控觸發(fā)后阻熱性能遠(yuǎn)低于方案二和方案四。而方案四不僅大大增強(qiáng)了電池組的散熱能力和電池組內(nèi)各單體溫度均勻性，其高隔熱性能還可有效阻斷熱失控傳播。

（2）通過改變隔熱板厚度，增強(qiáng)電池組散熱能力，可有效阻斷熱失控傳播。當(dāng)隔熱板厚度由1mm增加到2mm時(shí)，在保證熱管正常工作的前提下，可將熱失控阻斷在隔熱板之前。

（3）合理的隔熱措施與冷卻方式相結(jié)合不僅能有效提高電池組工作溫度區(qū)間的穩(wěn)定性，還能有效阻斷熱失控。

比較經(jīng)典的是通用汽車公司Volt的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)采用了液冷式散熱。在單體電池間設(shè)置有金屬散熱片（厚度為1mm），并在散熱片上留有毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，以便冷卻液能夠在毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)進(jìn)而帶走熱量，實(shí)現(xiàn)散熱的目的。隔熱方案則采用了在電芯與電芯之間放置泡棉的方式。

三、泡棉的應(yīng)用

電池系統(tǒng)和模組一般根據(jù)電芯的結(jié)構(gòu)形狀來進(jìn)行設(shè)計(jì)，電芯單體主要分為圓柱電芯和方形電芯以及軟包這三種。軟包電芯由于能量密度相對(duì)其他兩種高，所以在能量補(bǔ)貼政策的影響下軟包的應(yīng)用也會(huì)相對(duì)增多。軟包的優(yōu)點(diǎn)在于外部結(jié)構(gòu)對(duì)電芯的影響小，電芯性能優(yōu)良，封裝采用的材質(zhì)質(zhì)量要小。但缺點(diǎn)也很明顯，大容量電池密封工藝難度增加、可靠性相對(duì)較差。另外所采用的鋁塑復(fù)合封裝膜機(jī)械強(qiáng)度低，鋁塑復(fù)合膜的壽命制約了電池的使用壽命。

因此需要考慮到的是軟包在充放電時(shí)候的鼓脹，如果軟包與軟包直接長(zhǎng)時(shí)間地摩擦有可能造成鋁塑膜出現(xiàn)破損造成電池失效乃至失控。因此泡棉在軟包電芯中間的應(yīng)用顯得十分重要，表現(xiàn)為以下四個(gè)方面：

1、泡棉具有低硬度高回彈性質(zhì)，能夠吸收電池鼓脹應(yīng)力起到緩沖作用；

2、在電芯發(fā)送熱失控時(shí)，泡棉能起隔熱作用，抑制熱擴(kuò)散，延緩事故發(fā)生；

3、在電芯發(fā)生起火時(shí)，泡棉的阻燃效果能夠延緩火勢(shì)蔓延，增加逃生時(shí)間；

4、泡棉具有極好的回彈性，壓縮比例較寬，可作為定位。

神奇的電芯泡棉!談?wù)勲姵叵到y(tǒng)熱管理材料的應(yīng)用

泡棉的種類有很多，包括PU，CR，EVA和PE等。在電池系統(tǒng)實(shí)際的應(yīng)用過程中，發(fā)現(xiàn)只有能夠在長(zhǎng)時(shí)間壓縮環(huán)境下還能夠保持足夠彈性恢復(fù)能力的泡棉比如PU適合用于軟包電芯之間，其他比如CR等在長(zhǎng)時(shí)間壓縮后恢復(fù)能力變差導(dǎo)致模組結(jié)構(gòu)出現(xiàn)散架的情況。因此在模組設(shè)計(jì)應(yīng)用泡棉時(shí)需要考慮到泡棉的彈性模量以及回彈率等。

另外通過對(duì)VOLT模組結(jié)構(gòu)的拆解分析，所應(yīng)用的泡棉并沒有出現(xiàn)離火自熄現(xiàn)象，也意味著不是國標(biāo)所要求的V0，這也是一個(gè)有趣的地方。也許是它隔熱能力相當(dāng)不錯(cuò)配合液冷系統(tǒng)的效果，能夠避免熱失控的出現(xiàn)?；蛘呷绻霈F(xiàn)熱失控，反正已經(jīng)燒了，阻燃也起不了太大作用，與其阻燃不如做好隔熱。