对有问题的电池进行电池管理

我最近完成了一个将我自己的私家车改装为电动汽车 (EV) 的项目，作为一名工程师，我必须把它做好。

我收到的电池，只被告知它们来自保时捷 944 EV 转换，可能有 200 个充电/放电周期。卖方对他的转换表现不满意。他主要将其归因于一开始的汽车状况不佳。如果没有适当安装一切的预算，汽车的性能会导致平衡性差、操控性差和可能的安全风险。因此，他扩大了自己的目标，从头开始设计一辆新车。他的电池不再适合他的新项目，但我当然可以使用它们，而只需支付新电池成本的三分之一。作为一个简单的小容量用户，我无法获得最好的锂离子电池电池技术，如果选择用过的电池，那么我不知道它们是否在同一个包或环境中使用。我必须使用我能负担得起或得到的任何东西。我不知道串联组成我的电池组的多个电池是否是在同一小时、一天、一周、一个月甚至一年制造的！但是我能够找到用过的电池来节省大量费用——太好了，不能错过。

如您所见，它们以不同的组合出现，因为它们分散在汽车周围任何有空间的地方，包括引擎盖下和后舱口。我不知道它们是什么时候购买的（一起或单独购买），这些电池暴露在什么温度下，它们是否被电池管理系统 (BMS) 监控和/或管理，或者它们是如何充电的。

通常，为原始设备制造商 (OEM) EV 使用而构建的新电池组由匹配良好的电池制成，并在它们从电池生产线下线时直接组装。这些电池将始终一起充电，一起使用并使用相同的算法进行管理。大多数 OEM 应用程序也具有某种热管理功能，以确保电池组中的所有电池都处于尽可能平等的环境中。

通过引起电池阻抗的变化，温度对电池性能的影响最大。如果对所有电池施加相同的负载，但某些电池处于不同的温度，它们将受到电池材料的额外膨胀和收缩。这一切都导致了非常不同的老化特征。结果是电荷不匹配，因为它们的电池老化不同；很快就会出现容量不匹配的情况。如果不加以管理，整体电池组容量会受到最低电池电压的限制，从而导致车辆续航里程减少。

基本电池组设计原则：

· 当第一个电池充满时，必须停止充电。

· 当第一个电池变空时，必须停止放电。

· 弱cell比强cell衰老得更快。

· 最薄弱的电池最终会限制电池组的可用能量（最薄弱环节）。

· 电池组中的系统温度梯度会削弱在较高平均温度下运行的电池。

· 如果没有平衡，在每个循环中，最弱和最强电池之间的电压差都会增加。最终，一个电池将始终接近最大电压，而另一个电池将始终接近最小电压→阻止电池组充电或放电的能力。

由于这些电池永远不会与它们最初的用途相匹配，而且因为我知道我的安装需要它们承受不同的温度，所以我必须提供电池平衡。

锂离子电池主要有两种失配；电荷失配和容量失配。当相同容量的电池逐渐发散以包含不同数量的电荷时，就会发生电荷不匹配。当具有不同初始容量的电池一起使用时，会发生容量不匹配。由于电池组通常与几乎同时构建的电池组装在一起，工艺变化非常小，因此电池通常匹配良好，仅电荷不匹配更为常见。但是，如果电池组是由来源不明的电池组装而成，或者构建过程存在很大差异，则可能会出现容量不匹配的情况。

有两种基本类型的电池平衡：被动平衡和主动平衡。以下是基本功能及其优缺点的简要列表：

被动平衡：

· 易于实施（硬件和软件）

· 便宜的

· 减少电荷不匹配

· 小平衡电流（<1A）

· 产生热量——消耗能量！

主动平衡：

· 更高的效率

· 增加可用容量

· 减少充电和容量不匹配的影响

· 更快的充电时间

· 充放电工作

· 大平衡电流（>1A）快速平衡大电池

· 更长的包装寿命

· 混合/匹配新/旧模块

· 可以在模块内使用不匹配的电池（提高产量）

· 主动平衡看起来像是要走的路！

我决定使用我能接触到的最激进的 TI BMS。所有电池都将始终保持在毫伏范围内，以确保我始终从电池组中获得最多。由TI EM1401EVM 板管理的电池使用所有 TI 部件来提供 5A 有源电池平衡（我设计的）。

系统的基本架构，其中一个 BMS 板安装在管理每个模块或电池组的电池旁边。

以下是车辆的主要规格：

· 51x160Ah Thundersky LiFePO4 电池，分布在车辆周围的五个模块中，如下所示：

· 引擎盖下：一个 12 芯模块和一个 6 芯模块

· 后地板下（更换油箱和备用轮胎）：三个模块，每个模块 11 节

· ~170V 充满电：27kWh

· 1000A水冷直流电机控制器

· ~150kW 全功率：~200hp，250ftlbs

· 2900磅整备重量

· ~80英里范围

· 仪表组转换为 Android ODROID 板和 7 英寸触摸屏，显示实时功率、电压、电流和 Wh/mile

· 消耗的 Wh 为 ~250Wh/mile 至 ~325Wh/mile