前言:
在之前的课程当中,我们已经讲过,新能源汽车最常见的故障,就是动力电池出现“电池压差”。“电池压差”会导致动力电池的整体容量衰减,既“充不满”又“放不净”,造成车辆的续航能力下降。如果电池压差过大,还会导致动力电池组内部热量分布不均,局部出现过热,这样就会增加热失控的风险,甚至可能会引发火灾、爆炸,非常危险!
那么,有没有什么办法,可以减少“电池压差”,让各个电芯的电压恢复一致呢?这就得依靠所谓的“电池均衡”。这节课,我们就来讲讲关于“电池均衡”的相关内容。
新能源汽车电池
“电池均衡”其实有两层意思,它既可以说是车辆自带的一种电池修复功能,也可以说是一种针对“电池压差”故障的维修方法。
先来看看车辆自带的修复功能,我们也可以称它为“自动均衡”。
作为电池的保姆,BMS可以“自动均衡”
BMS电池管理系统
新能源汽车其实很多都自带“电池均衡”功能,我们之前也讲过,电池包内部还有一个BMS系统,也就是电池管理系统,它就像是电池的保姆,负责照顾和管理家里这一大帮孩子(也就是一个个的单体电芯)。这个保姆最主要的任务,就是给孩子们分配吃的,让他们都能拿到差不多同样分量的食物。
如果有的孩子抢得多了,有的孩子拿得少了,食物分配不均了,电芯之间就会出现“压差”。这时候,“保姆”就会择机启动这个均衡功能,来调配电芯的电压,从而减少“压差”,目的就是保证食物分配得公平合理,也就是每个单体电芯的电量趋于一致。
具体怎么调配呢?这又牵扯到2种不同的均衡方式,“主动均衡”和“被动均衡”。听上去挺玄乎,其实呢,也就是不同保姆的管教方式。
所谓“主动均衡”,就是把高电压电芯多出的电量,充给低电压的电芯,也可以叫做“电量转移法”。这就相当于,保姆把食物多的孩子叫过来,把他多抢的食物给没收了,分给食物少的孩子,这样就一碗水端平了。这个方法肯定是比较好的,但是从技术上来看,实现起来的成本比较高,要求这个保姆既有手段,又有耐心,薪水不能低了。
所谓“被动均衡”,就是通过旁通小电阻,给高电压的电芯放电,把电压降下来,让它与电压最低的电芯持平,也可以叫做“电量消耗法”。其实这就相当于,保姆按食物最少的小孩为标准,把其他孩子多出的食物,都给没收了,并且全部扔到垃圾桶里,让你们抢,都给我饿着吧!
这个方法简单粗暴,成本也低,但是电池“放电”的同时会发热,而且都要放到和低电压的电芯一样才行,所以能量浪费得也比较多。所以,碰到这样的保姆,孩子们就自求多福吧。
至于这辆车具体是用哪种自动均衡方式?主动还是被动?这是电池包和BMS电池管理系统在设计开发的时候,就已经定下来了的。作为维修技术人员,我们知道这些基本概念就行,不需要太深入地去研究它。
电池均衡意识图
通过“定期慢充”,用好“自动均衡”
提醒大家注意的是,车辆的动力电池“自动均衡”功能,是需要满足一定的条件才能触发的。比如说,电池必须处于高电量的充电状态,也就是所谓的“高SOC区间”。另外,还需要有充足的时间,让电池在接近充满之后,继续通过缓慢施加小电流,不慌不忙地“削峰填谷”,从而完成均衡。没错,能满足这些条件的,就是慢充!
新能源汽车慢充接口
交流慢充的功率较小,通常也就是3.3kW-7kW,它的充电速度比较慢,能让电池组在“高SOC区间”停留更长时间(比如从90% 充到100% 可能需要1-2 小时),所以BMS 有足够时间检测压差并启动均衡。而直流快充功率高、充电时间短,往往在电池达到满电前就已停止或降功率,留给均衡的时间极短,基本无法触发有效均衡。
所以,车辆在日常使用当中,建议每个月都使用1次慢充,将电池充到100%,并浮充2小时,就能很好地触发“自动均衡”,从而减少“电池压差”。有些车,长期以来都是使用快充来充电,这样就无法发挥车辆的自动均衡功能,很容易出现电池压差,续航里程会逐步下降。
当电池压差值还比较小的时候,通过慢充来做均衡,是可以让动力电池恢复到正常状态。慢充均衡之后,你会感觉到车辆的续航里程会有所增加,这就表明“电池压差”已经变小了,动力电池的可充放电量增加了。不过,很多的新能源车主不知道这一点。
如电池压差偏大,“自动均衡”失效,就要做“设备均衡”
大家肯定会有这样的疑问,既然车辆能够“自动均衡”,那为什么还会有“电池压差”过大的故障呢?刚才也说了,BMS相当于电池的保姆,但它最多也就是个保姆,如果哪个小家伙真是身体不好,胃口差,不肯吃东西,或者哪个大胖小子食欲过于旺盛,完全管不住嘴,光靠保姆的管教,肯定是不行的,这时候就要请医生出马了。
电池均衡设备
如果“电池压差”偏大,通过车辆自身的“自动均衡”纠正不过来,就要到咱们专业维修厂,通过功能更为强大的专业设备,来给动力电池做均衡,这就是“设备均衡”。
“设备均衡”需要将电池包整个拆下来,开包检修,将专业的均衡设备(动力电池组均衡维护仪),连接“压差”偏大的电芯,自动对它们电量进行调配和修复。整个的维修过程其实不算复杂,就是量量电芯、连连线的事,比起发动机大修,那可简单太多了!“电池均衡”算是新能源汽车维修当中,一个非常重要的“大保养”项目,收费不算低(通常1000-2000元),利润也很不错,大家一定要学会这项技能。
电池压差故障
接下来,我们就以一个具体案例,来看一下详细的检修和维护流程。某辆车亮电池故障灯,车辆无法上电,进厂检修。
2、进入“电池包诊断”,读取单体电芯数据,找出有问题的电池模组和电芯编号,并记录下来。
3、将车辆安全下电,拆下动力电池包,开盖检修。
4、根据编号,找到有问题的电池模组,测量一下有问题的电芯的内阻。如果发现与正常电芯相比,内阻相差过大,果断将其更换;如果内阻还处于正常范围,就无需更换,做个均衡就行。
6、参数设置完成并确认无误后,即可启动均衡过程。此时,均衡仪会自动监测电池组中各单体电池的电压和容量,并根据设定参数进行均衡操作。如设备采用主动均衡方式,设备会通过内部电路将电量从高电压电池转移到低电压电池,实现电量的再分配;如设备采用被动均衡方式,则通过放电电阻消耗高电压电池的过多电量,以达到均衡目的。在均衡过程中,需密切关注设备的运行状态和电池组的温度变化,确保操作安全。
7、均衡完成,重新组装好电池包,装车。
经过这么一个简单的检修流程,这台车就修好了。
新能源汽车维修施工
如电池压差过大,通过均衡无法修复,那就只能更换电芯
当然,如果电池压差过大(大于200-300mV),且测量发现某些单体电芯得内阻已经超出正常范围,存在严重故障,光靠均衡解决不了问题,就需要更换这些损坏的单体电芯了。
不同类型的锂电池,电池压差的阈值判定范围不一样。比如,磷酸铁锂电池压差在50mV 以内相对正常,当压差处于50-200mV 时就需要做电池均衡,而超过300mV 时通常就要更换电芯了。三元锂电池的压差阈值相对更严格一些,超过200mV 就建议要更换电芯了。
三元锂电单体电芯