生產(chǎn)制造和使用過程的差異性，造成了動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，傳導至動力電池包，必然的帶來了動力電池包容量的損失，進而造成壽命的下降。有研究表明，單體電芯20%的容量差異，會帶來電池包40%的容量損失。

電池單體的不一致，會隨著時間的推移，在溫度以及振動條件等隨機因素的影響下進一步惡化，使得參數(shù)向著離散化方向，義無反顧打馬而去。如同這個世界永遠向著熵增的方向前進一樣。趨勢無法逆轉，但可以干預，降低它的惡化速率。方法之一就是通過電池管理系統(tǒng)對電芯實施均衡。

1均衡的觸發(fā)

業(yè)內(nèi)早已認識到均衡的重要性，關于電池均衡的研究由來已久，得到的方法結論也多種多樣。

1.1觸發(fā)參數(shù)

均衡面對的第一個問題，是什么條件下起動系統(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，當單體壓差進入一定范圍，均衡開始發(fā)揮作用；另一條路線是以SOC為目標，認為SOC才是真正反映電芯需求的參數(shù)，當單體SOC與平均SOC的差值達到一定值，均衡過程被觸發(fā)。

實際上，SOC是一個更綜合的參數(shù)，如果計算的合理準確，可以覆蓋單體電壓的影響。但是如果把SOC作為目標參數(shù)，則系統(tǒng)設計必須包含采集計算每只串聯(lián)電芯SOC相關數(shù)據(jù)。

1.2什么狀態(tài)可以均衡

另一個問題，到底在什么過程中實施均衡，是不論什么過程，只要達到了參數(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的靜置過程。

這個問題的觀點不是非常一致，各家管理系統(tǒng)有不同的設置。我想，均衡過程應該可以設計在任何過程中，但需要考慮是否對電池包最有利。

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)是全部電芯同時到達截止電壓。

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

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

在車輛運行過程中均衡，這里的一個問題是，由于電流大小不同，系統(tǒng)內(nèi)阻大小不同的影響，動態(tài)的SOC和電芯電壓往往不容易得到準確值，這對運行過程中均衡可能會非常不利。

2均衡策略

2.1概念

什么是被動均衡

動力電池系統(tǒng)一般主要由電池模組、電池管理系統(tǒng)BMS、熱管理系統(tǒng)以及一些電氣和機械系統(tǒng)等構成。目前影響新能源汽車大規(guī)模推廣應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的發(fā)展，安全性日益得到重視，動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造成熱失控，造成冒煙、失火甚至爆炸等。同時動力電池的性能，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，在輸出電能的同時會產(chǎn)生一定的熱量，使得自身溫度變高，當自身溫度超出其正常工作溫度范圍間時會影響電池的性能和壽命。而電動汽車上的動力電池系統(tǒng)是由多個動力電池單體電芯構成，動力電池系統(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地快速散出，高溫會影響動力電池壽命甚至出現(xiàn)熱失控，導致起火爆炸等。

目前國內(nèi)的熱管理研究較多關注在散熱上，更準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)的應用。而在電芯層面上的隔熱防控并沒有過多關注。從動力電池系統(tǒng)的設計上可以看到，在進行熱管理系統(tǒng)設計時需要考慮到電芯單體和電池模組這兩個層次的結構。因此在電池系統(tǒng)的整體設計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。因此在設計電池模塊排列時，若單體電池之間排列緊湊且沒有散熱和隔熱措施的話，電池組在充放電時溫度會急劇上升，存在嚴重的安全隱患。

因此需要通過電池熱管理技術研究，加強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。研究需要從單體級別的熱失控產(chǎn)生機理及特性方面逐步擴展到由單體熱失控觸發(fā)繼而傳播到整個電池系統(tǒng)的熱失控級別。

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置隔熱層，阻斷失控單體向臨近單體傳熱，同時，隔熱層不完全封閉，單體之間留有對流通道，有利于失控單體產(chǎn)生的熱量在整個電池包內(nèi)散熱，避免局部過熱。在《車用動力電池熱防護與散熱集成研究》中，設置四種方案進行熱失控時的熱性能分析，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落安置隔熱板與熱管組。

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

（1）四種方案對比表明，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，熱失控觸發(fā)后阻熱性能遠低于方案二和方案四。而方案四不僅大大增強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，增強電池組散熱能力，可有效阻斷熱失控傳播。當隔熱板厚度由1mm增加到2mm時，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的電池熱管理系統(tǒng)采用了液冷式散熱。在單體電池間設置有金屬散熱片（厚度為1mm），并在散熱片上留有毛細管結構，以便冷卻液能夠在毛細管內(nèi)流動進而帶走熱量，實現(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、泡棉的應用

電池系統(tǒng)和模組一般根據(jù)電芯的結構形狀來進行設計，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其他兩種高，所以在能量補貼政策的影響下軟包的應用也會相對增多。軟包的優(yōu)點在于外部結構對電芯的影響小，電芯性能優(yōu)良，封裝采用的材質質量要小。但缺點也很明顯，大容量電池密封工藝難度增加、可靠性相對較差。另外所采用的鋁塑復合封裝膜機械強度低，鋁塑復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候的鼓脹，如果軟包與軟包直接長時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用顯得十分重要，表現(xiàn)為以下四個方面：

1、泡棉具有低硬度高回彈性質，能夠吸收電池鼓脹應力起到緩沖作用；

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

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

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!談談電池系統(tǒng)熱管理材料的應用

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

另外通過對VOLT模組結構的拆解分析，所應用的泡棉并沒有出現(xiàn)離火自熄現(xiàn)象，也意味著不是國標所要求的V0，這也是一個有趣的地方。也許是它隔熱能力相當不錯配合液冷系統(tǒng)的效果，能夠避免熱失控的出現(xiàn)。或者如果出現(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。