鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:6854次 | 2021年09月05日
鋰電池保護(hù)板的均衡功能介紹
鋰離子電池保護(hù)板被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡:
電池本身還有可用容量,卻因?yàn)殡姵刂g不均衡以及為保護(hù)電池設(shè)置的安全電壓的限致電池系統(tǒng)無法持續(xù)發(fā)揮應(yīng)有的性能。另外,電池在車上的使用壽命比車輛本身的壽命短,即使車輛還沒有到達(dá)報(bào)廢年限,卻要為滿足動(dòng)力性能而更換電池。但是,更換電池的成本又相當(dāng)高,因此這在很大程度上制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展。
造成電池不均衡最緊要的原由是溫度。一般情況下,鋰離子電池的使用環(huán)境溫度高于其最佳溫度10℃時(shí),鋰離子電池的壽命會(huì)降低一半。由于車載電池系統(tǒng)的串聯(lián)數(shù)量非常多,一般在88~100串聯(lián)之間、其容量一般在20~60?kWh,每串電池裝載的位置不同而會(huì)出現(xiàn)溫度差。即使在同一個(gè)電池箱內(nèi),也會(huì)因?yàn)槲恢煤碗姵厥軣岵煌霈F(xiàn)溫度差,而這個(gè)溫度差會(huì)對(duì)電池壽命出現(xiàn)重大負(fù)面影響,使電池出現(xiàn)不均衡,使得續(xù)航里程下降、循環(huán)壽命縮短。正是由于這些問題,導(dǎo)致整個(gè)電池系統(tǒng)的容量無法完全使用,造成電池系統(tǒng)損失,而減緩這樣的系統(tǒng)損失也就會(huì)大大延長(zhǎng)電池系統(tǒng)的使用壽命。
電池系統(tǒng)初期容量是100%,在使用的過程中電池會(huì)因?yàn)楦鞣N原由(緊要是溫度)逐漸衰減,這是鋰離子電池的特性。這部分的衰減無法通過均衡挽回。而造成系統(tǒng)容量下降的最緊要的原由是電池容量不均衡導(dǎo)致的系統(tǒng)損失。系統(tǒng)損失并不是所有電池容量減少,而是指電池系統(tǒng)因?yàn)椴痪庠斐捎腥萘恳矡o法使用。
一般情況下,電池容量下降至70%~80%的時(shí)候會(huì)更換電池以保繼續(xù)航里程,電池容量保持在70%以上的時(shí)間越長(zhǎng),電動(dòng)汽車的成本也就越低。在沒有均衡和一般的被動(dòng)均衡技術(shù)下,電池系統(tǒng)的容量不到3年(每天一次滿洋溢放)就會(huì)下降至70%以下。做得較好的被動(dòng)均衡可以將電池容量勉強(qiáng)維持在70%。與此形成鮮明比較的是,做得較好的主動(dòng)均衡可以將系統(tǒng)損失降到最低度。這樣的主動(dòng)均衡可以有效地降低因容量不均衡導(dǎo)致的系統(tǒng)損失,進(jìn)而延長(zhǎng)電池系統(tǒng)的使用壽命,延緩電池系統(tǒng)的更換時(shí)期,同時(shí)新增續(xù)航里程。被動(dòng)均衡與主動(dòng)均衡
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在電池系統(tǒng)中擔(dān)任緊要角色的鋰離子電池保護(hù)板作為延長(zhǎng)電池壽命的有效手段,逐漸得到大家的重視,其中,起到關(guān)鍵用途的鋰離子電池保護(hù)板均衡系統(tǒng)也引起了廣泛關(guān)注。目前市場(chǎng)上均衡多串聯(lián)的電池系統(tǒng)有傳統(tǒng)的被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡兩種方式。
1.被動(dòng)均衡
被動(dòng)均衡一般通過電阻放電的方式,對(duì)電壓較高的電池進(jìn)行放電,以熱量形式釋放電量,為其他電池爭(zhēng)取更多充電時(shí)間。這樣整個(gè)系統(tǒng)的電量受制于容量最少的電池。充電過程中,鋰離子電池一般有一個(gè)充電上限保護(hù)電壓值,當(dāng)某一串電池達(dá)到此電壓值后,鋰離子電池保護(hù)板會(huì)切斷充電回路,停止充電。倘若充電時(shí)的電壓超過這個(gè)數(shù)值,也就是俗稱的過充,鋰離子電池就有可能燃燒或者爆炸。因此,鋰離子電池保護(hù)板一般都具備過充保護(hù)功能,戒備電池過充。
如圖2所示,充電過程中2號(hào)電池先被充電至保護(hù)電壓值,觸發(fā)鋰離子電池保護(hù)板的保護(hù)機(jī)制,停止電池系統(tǒng)的充電,這樣筆直導(dǎo)致1號(hào)、3號(hào)電池?zé)o法洋溢。整個(gè)系統(tǒng)的滿充電量受限于2號(hào)電池,這就是系統(tǒng)損失。為了新增電池系統(tǒng)的電量,鋰離子電池保護(hù)板會(huì)在充電時(shí)均衡電池。如圖3所示,均衡啟動(dòng)后,鋰離子電池保護(hù)板會(huì)對(duì)2號(hào)電池進(jìn)行放電,延遲其達(dá)到保護(hù)電壓值的時(shí)間,這樣1號(hào)、3號(hào)電池的充電時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng),進(jìn)而提升整個(gè)電池系統(tǒng)的電量。但是,2號(hào)電池放電電量100%被轉(zhuǎn)換成熱量釋放,造成了很大的浪費(fèi)(2號(hào)電池的散熱是系統(tǒng)的損失,也是電量的浪費(fèi))。
如圖4所示,除了過充對(duì)電池會(huì)有嚴(yán)重影響外,過放也會(huì)造成電池嚴(yán)重?fù)p壞。同樣,鋰離子電池保護(hù)板具備過放保護(hù)功能。放電時(shí),2號(hào)電池的電壓到達(dá)放電保護(hù)值時(shí),觸發(fā)鋰離子電池保護(hù)板的保護(hù)機(jī)制,停止系統(tǒng)放電,筆直導(dǎo)致1號(hào)、3號(hào)電池的電池余量無法被完全使用,均衡啟動(dòng)后會(huì)改善系統(tǒng)過放。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
被動(dòng)均衡的優(yōu)勢(shì)是成本低和電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單;而缺點(diǎn)為是以最低電池殘余量為基準(zhǔn)進(jìn)行均衡,無法新增殘量少的電池的容量,及均衡電量100%以熱量形式被浪費(fèi)。
2.主動(dòng)均衡
主動(dòng)均衡是以電量轉(zhuǎn)移的方式進(jìn)行均衡,效率高,損失小。不同廠家的辦法不同,均衡電流也從1~10?A不等。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的很多主動(dòng)均衡技術(shù)不成熟,導(dǎo)致電池過放,加速電池衰減的情況時(shí)有發(fā)生。市場(chǎng)上的主動(dòng)均衡大多采用變壓原理,依托于芯片廠家昂貴的芯片。并且此方式除了均衡芯片外,還要昂貴的變壓器等周邊零部件,體積較大,成本較高。
如圖5所示,每6串電池為一組,取6串電池的總電量轉(zhuǎn)移給容量小的電池。電感式主動(dòng)均衡以物理轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ),集成了電源開關(guān)和微型電感,采用雙向均衡方式,通過相似或相鄰電池間的電荷轉(zhuǎn)移均衡電池,并且不論電池處于放電、充電還是靜置狀態(tài),都可以進(jìn)行均衡,均衡效率高達(dá)92%。
其放電和充電工作原理,如圖6及圖7所示,2號(hào)電池將電量轉(zhuǎn)移給1號(hào)、3號(hào)電池。高效的電荷轉(zhuǎn)移,使得充電時(shí)3個(gè)電池的電壓一直保持在均衡狀態(tài)下,這樣所有電池都能洋溢。鋰離子電池保護(hù)板在放電時(shí),也可均衡電池。1號(hào)、3號(hào)電池將電量轉(zhuǎn)移給2號(hào)電池,3個(gè)電池的電壓一直在均衡狀態(tài)下放電,這樣所有電池電量都能用完。
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