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锂离子电池均衡的几点看法
锂离子电池均衡的几点看法
  • 发布时间:2020-12-15 17:30

锂离子电池均衡的几点看法

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1、电池容量误差是绝对的,随着电池的使用,这种误差在扩大。出厂配组也仅仅可以延迟电池明显误差的时间,最终还是要出现严重的容量误差的。


所以,误差是绝对的,做电池保护系统和均衡系统的目的也仅仅是缓解这种误差和防止误差带来的危险而已。容量均衡是不可能的,不应该作为均衡的目标来追求。


2、目前有容量补偿的方法,就是把容量高的电池取出一些电量来补偿容量低的电池的消耗。这个方法理论上没有问题,实际做起来非常麻烦,特别是效率难以作高。


3、充电电压均衡是必要的,否则电池在充电后期会出现部分电池欠充电。部分电池过充电,欠充电影响电池的寿命,过充电会导致出现危险。


4、做放电均衡不如做欠压保护好,做到任意一个单体电池发生欠压都进行断电保护,防止出现过放电引起的危险。

锂离子电池的容量损失是一个极其复杂的过程,涉及非常多的因素。这里没有篇幅解释每个因素具体是通过什么机制出现影响的,但是简单列举一下这些因素。


锂离子电池的容量损失重要可以分成两块:随时间发生的容量损耗(calendaraging)(把锂离子电池搁着不用,时间长了容量也会降低)与使用所带来的容量损耗(cycleaging)。


有关前者,涉及因素重要有:


充电状态(StateofCharge)。这个是指电量处于总容量多少的地方。比如说,是40%或者60%;


温度(Temperature);


存放时间(time)。


每次的充放深度(DepthofDischarge)。比方说,你是每次从0%充到100%,再放到0%再充电,还是用到20%电量提示就开始充电,而且充到80%就拔下插头,这是不相同的;


充电状态(StateofCharge),也就是通常所说的电量。关于同样的DoD,平均SoC可以不同。比如说,在保持电量在40%~100%之间循环,和保持在20%~80%之间,虽然充放深度相同,由于充电状态不相同,对电池的影响是不相同的;


充电倍率(rateofCharge)。假如说充电电流能在1小时内把电池充满,我们就说充电倍率平均是1C;假如说充电电流在2小时内把电池充满,我们就说充电倍率平均是0.5C;等等;


温度(Temperature);


循环数量(Numberofcycles)。显然,循环两百个周期比一百个周期的损耗更大……


此外,还有一些我们几乎不可控的因素。比如说处于刚开始使用的阶段的锂离子电池,会经历一个固体电解质相界面膜(SEIfilm)的形成过程。这个过程会消耗一定量的锂离子。只要要使用电池,这个过程就绕不过去,所以我们就不必过度考虑它了。


Calendaraging与cycleaging是基本独立的,因此,假如可以让设备直接使用外接电源而不使锂离子电池参与充放电,那么就可以免除cycleaging,对锂离子电池的寿命是有益的。不过,具体应该停留在什么SoC呢?这就是下面要讨论的:有关各个因素关于锂离子电池寿命损耗的影响的定性规律。


(1)充电状态(StateofCharge)


研究表明,SoC更低时,无论是calendaraging还是cycleaging都会得到延缓。因此,假如我们想要尽量减少锂离子电池的寿命衰减,就应当保持它的电量较低。比如说,假如想让设备直接使用外接电源而不使锂离子电池参与充放电,那么将电量保持在40%会比保持在60%更好。


那么,只要使用要允许,是否电量越低越好呢?这要看你是让锂离子电池不参与充放电,比如说搁置存放或者只使用外接电源(此时只有calendaraging),还是要让它参与充放电(此时cycleaging占主导)。


在前者情况下,电量确实是越低越好。只不过,假如电量太低,忘记补电而造成电池饿死的风险就更大。在保证电池不会饿死的情况下,把电池放电到5%甚至近乎0%再存放的保护效果更好。


在后者情况下,情况略为复杂。电量太低时,电池内阻会升高。下面做一个极端的假设说明这个隐藏问题。某电池容量是10Wh。它的电量在0~10%的时候内阻很高,以至于你存进去1Wh的电把电量从0%充到10%,再取出来就只能用0.1Wh了,另外0.9Wh在设备工作的时候转化成了电池上的发热。这个时候,我们只获得0.1Wh的有效使用,却给电池造成了1Wh的cycleaging。而它的电量处在98~100%时内阻较低,把电量从98%充到100%虽然给电池造成的cycleaging只有0.2Wh,但使用时发热较少,同样可以获得0.1Wh的有效使用。虽然高电量下同样的0.2Wh电池的老化会比低电量时等量的0.2Wh的老化大,也很可能比低电量实际上的那1Wh带来的老化小。


我能找到的有限的资料数据当中,不太能看出在电量水平<20%的情况下,是高内阻带来的危害大,还是低电量下充电磨损轻的好处大,所以这里不能解答是否应当让电量这么低。不过可以确定的是,至少在40%以上的电量水平下,电池的内阻变化可以不计,因此譬如保持电量在40%±20%之间循环比起保持在60%±20%更加有益。



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