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锂电池模组均衡系统可解决锂电池组电压不一致问题
锂电池模组均衡系统可解决锂电池组电压不一致问题
  • 发布时间:2020-07-22 16:46

锂电池模组均衡系统可解决锂电池组电压不一致问题

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由于电池性能不一致的问题,使得成组电池在利用率、使用寿命、安全性等方面的性能远不及单体电池。具有高效均衡管理功能的电池管理系统能够大幅提高动力电池组的整体性能、有效的延长电池组的使用寿命、大大降低整车的使用和维护成本。为安全、高效、实用的电动汽车的推广提供技术保障。
 
锂电池模组均衡系统可解决锂电池组电压不一致问题
锂电池的不一致性会影响电池组的使用寿命,降低了电池成组后的性能。锂电池成组不一致性是指单体电池的容量、电压、内阻、自放电速率等参数存在差异,是由锂电池组的组合结构、使用工况、使用环境、电池管理不同所致。单体电池的不一致性是电池组性能的重要影响因素,它能降低电池组的可用容量,并降低电池组的循环寿命。
 
锂电池组的一致性问题是指在电池组内串联单体电池之间在容量、内阻、SOC等方面的差异性,这直接决定了整组电池的使用性能,从而影响到电动汽车的动力性和续航里程。锂电池成组不一致的原因主要是单体电池的初始差异和电池成组后的结构、使用工况及环境差异。
 
 
为了缓解电池成组后带来的性能下降和寿命缩减等问题,可以优化电池的制造工艺,减少电池的初始差异;在电池成组前进行筛选,将不一致性较小的电池成组;在组合电池组系统时,充分考虑连接方式和结构对不一致性的影响;在使用过程中进行合理的电池管理,有效的均衡以及热管理,减少因使用条件不同而造成的不一致。
 
锂电池组不一致性的原因
①在制造过程中,由于工艺上的问题和材质的不均匀,使得电池极板活性物质的活化程度和厚度、微孔率、连条、隔板等存在很微小的差别,就会使同一批次出厂的同一型号电池的容量、内阻等不可能完全一致。
 
②在装车使用时,由于锂电池组中各个电池的电解液密度、温度和通风条件、自放电程度及充放电过程的呢过差别的影响,在一定程度上增加了电池的电压、内阻及容量等参数的不一致。
 
锂电池的均衡技术有哪几种?
锂电池制作的主要问题是电池成组应用问题,为解决“电池一致性问题”,业内普遍使用均衡技术,目前,业界把主流电池均衡技术分为被动均衡法、主动均衡法、内均衡法三种。
 
1、常用的均衡法有通过电路实现的主动均衡法和被动均衡法。被动均衡法是通过电路将电压高的单体电池接通一个负载电阻来对它进行放电,通过比较电路来判断其电压是否与其他单体电池的电压相同,如果相同就停止放电,被动均衡法的缺点是消耗了单体电池的能量,产生热量,均衡时间长。
 
被动均衡法的特点是原理简单,容易实现,当均衡电流较小时,器件成本相对较低,但存在两大问题:①电阻能消耗放电,浪费能量,产生热量;②由于放电电阻不可能选得太小,充电结束时,根据电池特性往往小容量电池的电压较高,在静态均衡时,放掉的恰恰是小容量电池的电量,反而加大了电池间的互差。
 
2、主动均衡法是指在充放电时不把电压较高的电池能量通过电阻消耗掉,而是将其能量传递到电压较低的电池,从而实现锂电池组的均衡充放电;主动均衡电路复杂,不能同时对所有的电池进行均衡,可靠性有待提高。
 
主动均衡法的主要特点有采用DC/CD双向有源均衡电路,均衡效率高,充电、放电和静态过程中都做均衡,平衡电流大,均衡速度较快,但也存在两大问题:①技术复杂、成本高、实现困难;②频繁切换均衡电路,对电池造成的伤害大,影响电池的寿命。
 
3、内均衡法是利用BMS在对串联电池充电的过程中,通过调节充电电流和控制充电电压的拓扑算法,使得电池组中各单体电池荷电量达到基本一致。内均衡技术的特点是算法简单、没有能量损失、没有增加附加的充放电过程、不影响电池寿命、不增加硬件设备,但如果电池的荷电量相差很大,则需要较长的时间才能均衡。
 
电池的不一致性来自于电池内阻、容量和SOC,而传统一致性评价方法和均衡方式以外电压一致性作为控制目标,并没有有效地提高电池组的可用容量,所以也不能改善电池组一致性问题对成组电池使用造成的不良影响。
 
由于直流内阻、极化电压、最大可用容量为电池的特定参数,在一次或连续的几次充放电过程中基本不发生变化,所以电池组的均衡主要通过调整各单体电池的SOC来实现。经研究,以SOC作为均衡的参考对象,均衡对象相对固定,充分利用均衡时间,提高均衡利用率来降低均衡电流容量。
 
从电池管理系统角度,在电池组使用过程中检测单体电池参数,尤其是动、静态情况下电压分布情况,掌握电池组中单体电池不一致性发展规律,对极端参数电池进行及时调整或更换,以保证电池组参数不一致性随使用时间而增大。同时从能量的管理和策略上,引入实用性电池组能量管理和均衡系统,制定合理的电池均衡策略,主动干预和降低电池的不一致性。
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