如何提高電動(dòng)汽車電池的效率和壽命

能效一直是一個(gè)熱門話題，電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車為節(jié)約能源和減少二氧化碳排放供應(yīng)了一種極好的方式。但是電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的重要缺點(diǎn)是它們的電池容量，以及由此帶來的旅行限制。由于汽車的最大電池容量標(biāo)準(zhǔn)通常取決于體積和重量，因此優(yōu)化現(xiàn)有電池的容量變得越來越重要。

為了滿足現(xiàn)代高性能電動(dòng)汽車電池所需的數(shù)百伏電壓，通常要串聯(lián)幾個(gè)獨(dú)立的電池。電池組中的每個(gè)電池都有不同的容量、自放電速率、溫度特性、電池阻抗等，這些差異會(huì)隨著電池的老化而增大。當(dāng)電池充電時(shí)，這種差異導(dǎo)致一些電池還沒有完全充電，而另一些電池已經(jīng)充滿了電。除非使用額定方法，否則充電過程必須中斷，因?yàn)榧偃珉姵剡^度充電，就會(huì)發(fā)生損壞甚至完全損壞。

在放電過程中也會(huì)出現(xiàn)類似的現(xiàn)象。相比之下，一個(gè)電池已經(jīng)完全放電，而另一個(gè)電池有足夠的能量繼續(xù)為汽車供應(yīng)動(dòng)力(理論上)。但是，此時(shí)小車可能無(wú)法繼續(xù)行走，因?yàn)檫@樣會(huì)使弱電池單元過度放電，動(dòng)作會(huì)造成電池單元損壞。為了防止這兩種情況，每個(gè)細(xì)胞之間的積極平衡是必要的。

強(qiáng)迫平衡法將可用能量轉(zhuǎn)化為熱損失

一種被廣泛使用的方法是強(qiáng)制平衡技術(shù)，它使用一個(gè)電阻來重新放電一個(gè)已經(jīng)充滿電的電池，這樣其他電池就可以繼續(xù)充電。這種方法的缺點(diǎn)很明顯:

*為了保持平衡，電池只能放電

*旁路電阻的放電電流造成功率損耗

*寶貴的能量被轉(zhuǎn)化為熱能，不能為汽車供應(yīng)動(dòng)力

*縮短汽車之間的距離

強(qiáng)制平衡只將儲(chǔ)存在電池中的能量轉(zhuǎn)化為熱損耗，而主動(dòng)平衡則將電荷從一個(gè)電池轉(zhuǎn)移到另一個(gè)電池。電荷轉(zhuǎn)移有幾種方法，如使用開關(guān)電容或電感。當(dāng)采用容性方法時(shí)，電容器以較高的電壓與電池并聯(lián)。一旦電池充滿電，它就與電壓較低的電池并聯(lián)，可以持續(xù)充電。重復(fù)這個(gè)過程，直到所有的電池都達(dá)到相同的電壓間隙。

電容器法成本效益高，但其缺點(diǎn)是均勻平衡電流限制在50mA以下。這種結(jié)合在感應(yīng)法中不存在，在這種情況下很容易達(dá)到1A或以上的平衡電流。

快速和幾乎無(wú)損的電荷轉(zhuǎn)移是通過主動(dòng)平衡實(shí)現(xiàn)的

主動(dòng)平衡是由一個(gè)平行電感器和一個(gè)獲得充電的電池來完成的。這個(gè)動(dòng)作使線圈中的電流繼續(xù)被加入。

一旦線圈通過晶體管與電池放電解耦，存儲(chǔ)在電感中的能量就可以通過二極管充電到相鄰的電池上。因此，電荷可以在兩個(gè)獨(dú)立的電池之間來回移動(dòng)，具有極高的功率，幾乎沒有損耗。這種方法有一些決定性的好處:

*均衡電流可達(dá)1A或以上

*平衡基本上是無(wú)損的

*平衡桿很快

*新增了電源和電池容量

*新增了汽車的行駛間隔

與前面提到的其他方法相比，使用電感實(shí)現(xiàn)有源平衡并不是一種低成本的方法，因?yàn)榕R時(shí)使用的電感元件成本相對(duì)較高。但這并不完全是個(gè)問題。現(xiàn)代高性能電池現(xiàn)在的價(jià)格接近1萬(wàn)美元。使用電感平衡法，即使只獲得額定容量的10%，也相當(dāng)于1000美元的價(jià)值，可以用來購(gòu)買大量的電感設(shè)備。