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论电池均? 技术之均? 能力与均? 效率

液压机械 2022-04-19 10:02 0

核心提示:关键词:电池均衡,热失控,均衡能力,双向同步整流电池组的容量取决于组内最差单元电池的放电容量,这是一个不争的事实,已被广


 关键词:电池均衡,热失控,均衡能力,双向同步整流

 

 

电池组的容量取决于组内最差单元电池的放电容量,这是一个不争的事实,已被广泛共识。研究和应用证实,电池组的一致性问题是影响电池组放电容量的最主要因素。

 

 

 

1、一致性问题及电池均衡

 

单体电池耐用、寿命长,而成组使用后的寿命却非常短,并且易发生热失控的问题,一直是电池界和电池管理界绕不开的话题和心病,围绕的重点主要是如何解决一致性的难题。在电池界,重点是研究和攻关如何提高单体电池出厂时的一致性,希望从源头上解决一致性的问题。

 

 

但现实却是残酷的,各种应用表明,提高出厂时的一致性的确可以抑制和延迟一致性问题发生的时间,但却无法避免,所以就催生了一个新的市场应用——电池梯次利用。事实证明,电池梯次利用的确可以延长电池的生命周期和剩余价值,在一致性问题无法根除之前,梯次利用不失为一种过渡方案,仍具有一定的推广价值。

 

 

在电池管理界,公认的解决方案是使用电池均衡技术,通过电池均衡技术来解决电池组的一致性问题,然而电池均衡技术,特别是高效的电池均衡技术,研发难度非常大,突破困难,特别是高性价比的设计,超出了众多研发人员的预期,看似容易解决,实际上却非常困难,不少研发机构都因为研发难题过多、难度过大,无法攻克而放弃研发,前功尽弃。

 

 

电池组均衡技术能解决多种问题,最基本、最重要的职能,一是预防“差”电池的过充电和过放电,这一功能一旦得到高效、匹配发挥,很多与过充电和过放电的相关联问题就都迎刃而解了,例如稳定容量、热失控等;二是实现电池组充、放电容量的最大化。受一致性问题的影响,电池组的蓄放电容量取决于容量最小的电池单元,具有典型的“木桶原理”特征。只要均衡问题高效解决了,电池组的放电容量快速衰减问题也就解决了。

 

 

 

2放电倍率对容量的影响

 

锂电池的放电容量与放电倍率密切相关,典型的锂电池放电倍率曲线如图1所示,通过这个曲线,我们可以解读出如下重要信息:一是电池的放电容量与放电倍率密切关联,放电倍率越大,放电容量越小,要想获得最大的放电容量,需要尽可能低减小放电倍率;二是要想获得相同的放电时间,不同容量的电池应具有相同的放电倍率,这一点,对于存在一致性差异的电池组尤为重要。由此可见,放电倍率决定了电池的实际放电容量。

 

 


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图1 锂电池放电倍率与容量对应关系曲线

 

 

 

3均衡能力

 

电池均衡是通过调节均衡电流来调节不同容量电池的实时电压的,均衡电流的自适应能力就是均衡能力,它反映的是均衡电流对电压差的反应和电流控制能力,单位是安培/毫伏,也可以表示为单位电压差下的均衡电流,这个值越大,表明均衡能力越强,抑制电压差扩大和防控热失控的能力越强,对电池组的适应性更好。

 

 

反之,这个值越小,表明均衡能力越弱,抑制电压差扩大和防控热失控的能力越差,对电池组的适应性差。均衡能力不仅体现在充电期间、也体现在放电期间和静止期间(又称恢复期),理想状况下的均衡电流与相邻电池间的相对电压差呈近似线性关系,即I=K*ΔU,其中,K是均衡能力系数,对于一个设计、调试完成的电池均衡器,这个值接近于一个常数,K值越大,表示均衡能力越强,ΔU表示相对电压差,通常以mv来表示,受均衡功率最大值和效率的限制,ΔU有一个最大安全值,确保最差电池的电压不能超过极值,即不能超过电池的充电限制电压和放电截止电压,超过最大值后,这个公式不再适用。

 

 

电池均衡通常是贯穿于电池组的整个运行过程中,因此均衡能力包括充电均衡能力、放电均衡能力和静态均衡能力。下面分别论述。

 

 

3.1 充电均衡能力

 

 

充电期间的热失控发生机理告诉我们,控制热失控必须控制单元电池的充电电压和充电电流,这里所述的电压是指单元电池的实时电压,电池均衡技术的功能和任务就是通过对电压和电流的调节实现的。

 

 

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