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传输实时电池均衡技术对衰减的电池组容量和温度升高的影响

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-02 0:40:26 * 浏览: 1
电池组一致性普遍存在的问题使得电池组的衰减率远远高于单电池的衰减率,这一问题不仅持续减少了电池组的正常放电时间,而且容易造成充电和充电的高温。衰减电池的放电,并可能导致热失控故障。如何控制每个电池的同步衰减,稳定电池组容量以及防止热失控故障是电池管理技术的重中之重。大量的研究和实验表明,传输实时电池均衡技术对控制电池组的快速衰减具有显著作用,大大提高了衰减电池组每个电池容量的利用率,降低了温度衰减电池的上升并控制热失控。单电池的设计寿命和使用寿命长,但是由于组装到电池组后衰减速度不同而导致的一致性和使用寿命短的问题引起了科学技术人员和用户的广泛关注。电池组的一致性不仅会严重缩短电池寿命,输出功率会迅速下降,还会导致热失控故障甚至事故。电池衰减差异的原因非常复杂,在使用过程中由电池本身引起的衰减差异(通常称为内部原因)和外部因素(通常称为外部原因),特别是充放电电压,充电和放电电流,温差等。内部因素相互促进,最终导致电池组快速衰减。其中,外部因素是电池组快速衰减的主要因素。 1电池衰减的原因对于蓄电池,无论是否使用,它都会随着时间的流逝而衰减,包括容量衰减,内部电阻增加,自放电率变化等。内部原因是电池的衰减缓慢,与日历衰减接近。与外部原因引起的衰减率相比,几乎可以忽略不计。外部原因是造成电池衰减的主要原因。最重要的影响因素是施加到电池的充放电电压,充放电电流和环境温度,这些因素将直接影响电池的充电极限电压和放电截止电压。电池大于充电极限电压或放电,当端子电压低于放电截止电压时,将对电池造成不可修复的损坏,并且电压差越大,电池直到失效为止越严重或报废。同样,施加在电池上的充放电电流也是影响电池电压的重要因素,尤其是电池的衰减非常大。由于容量下降,在较大的充放电电流下,电压升高并降低电池的下降速度。高于正常容量的电池,很容易导致电池过充和过放。过度充电和过度放电是电池衰减和损坏的杀手。另外,衰减电池的内部电阻明显高于普通电池的内部电阻。衰减越严重,相应的内部电阻就越大。在较大的充电和放电电流下,衰减后的电池的温度升高加速,而温度升高反过来又加速了电池的衰减。形成恶性循环。 2电池组衰减率高于单电池的原因和预防策略电池的充放电速度有一个特殊的术语,称为“放大倍数”。放大倍数反映了电池的充电和放电速度,它涉及两个主要参数,分别是充电/放电电流和电池容量。转换公式为:放大倍率=电流÷容量。可以看出,该比率的大小与电池的充电和放电电流成正比,与电池的容量成反比。在单电池供电的设备中,蝙蝠电池的充电/放电电流或速率通常在一定范围内,易于控制充电极限电压和放电截止电压,不容易过充或过放电,实际电池寿命通常都是对于多串电池组,它相对较长,并且在没有任何均衡设备干预的情况下,无法分别控制每个电池的充电极限电压和放电截止电压,并且衰减后的电池极易受到极端条件的影响并损坏。电池具有连锁反应,影响其他电池的正常充电和放电。这种影响是非线性的,并且几乎成倍地加速。一旦电池损坏(实验发现严重的过度放电会导致锂电池严重衰减甚至报废),则整个电池组的容量和性能都会加速。电池一旦老化,其实际充放电速率将在组内,从而进一步加速其衰减速率。充电时它迅速进入过充电状态,放电时迅速进入过放电状态,因此经过几个连续的充放电循环衰减后的电池的容量将急剧下降,内部电阻将急剧上升,并且由内部电阻引起的内部损耗将增加。对整个电池组的负面影响非常明显,导致有效放电时间迅速减少,有效放电容量(充电容量也随之减小)迅速下降,并且输出功率降低。因此,电池组的衰减率远远高于单电池供电设备的衰减率。根据先前的分析,电池组在严重衰减后的性能主要包括以下几个方面:第一,充电和放电容量减少;第二,充电和放电时间缩短;第三,负载容量下降;以及第四是加速充放电温度上升。不管发生什么变化,衰减的电池都将由端电压来表示。在充放电条件下,严重衰减的电池与正常电池或轻微衰减的电池之间的电压差是明显的。这种差异的性能本质上是容量的差异。而内阻差异的外部表现则反映出电池的一致性差异。为了防止电池组快速衰减,必须解决电池电压的一致性问题,以防止电池过度充电和过度放电。实例3实例与分析本文进一步说明了国家专利技术原型在不同电池组中的应用实例和数据分析。 (1)锂电池组的平衡实验数据和分析实验电池组与2并联4串结构的退役锂电池组组装在一起,每个2并联电池为一个整体。如图1所示,本文中电池组下方的设备是锂电池。均衡器样机。多家电池制造商在室温下进行2A放电测试的剩余容量为1:2.58Ah,2:2.09Ah,3:1.50Ah,4:2.51Ah。实际剩余容量仅为设计容量的58.6%,47.5%,34.1%和57.1%,从实际剩余容量的角度来看,已达到淘汰标准。整个充电标准为恒流限压充电,恒流充电电流为2A。整个电压限制为16.8V。当任何电池的电压充电至4.20V时,整个电池组都会停止充电。放电标准为2A恒定电流放电,整个电池组的终止电压限制为12.0V。当任何一个电池的电压放电至3.00V时,整个电池组都会停止放电,并且该循环使充电次数相等,并放电30次。为了比较,首先执行常规放电。实际有效安全放电时间为45分钟。计算出的Discharge容量为1.50Ah,等于3个电池的容量,即3个电池的容量代表整个电池组的容量,这完全符合木制短板的理论。 。此时,尽管其他三个电池仍具有大量电量,但是它们无法释放,并且容量严重浪费。在放电的同时,红外温度计用于定期测量每个电池盒的温度并记录相应的数据。实际测量数据如表1所示。测量的温度数据表明,三个衰减最大的电池的温度衰减率和绝对值。两者均显着高于其他电池,但衰减略低。从电压测量数据可以看出,衰减最大的3电池电压下降最快,该数据还表明,根据3电池的内阻R产生的电压降U损失为是。内部电阻P = U2 / R,它产生的热量最多,因此温度升高是不可避免的。从放电结束时的电压数据可以看出,除3个电池外,其余3个电池还有大量剩余电量尚未有效释放,这是严重的浪费,尤其是电池1和4电池。接下来,将电池组连接到本文所述的电池均衡器原型以进行充电和放电。在30个连续的均衡充放电实验中,平均安全有效放电时间约为61分钟,平均放电容量约为2.03 Ah,远高于标准值。在放电模式下为1.50Ah。尽管3电池的容量最小,但是在整个充电和放电过程中没有过充电或过放电的情况下,4.22V的电压要优于锂电池的4.25V的充电极限电压和放电截止时间2.75V的关断电压,充分实现了安全的充放电。另外三节电池的容量也得到了有效,安全,合理的使用,几乎没有剩余,无论是实际放电时间还是实际放电容量都比常规放电数据高很多,真正实现了高效合理的容量不同的能力。采用。在平衡放电结束时,四个电池的电压在2.99至3.02V之间,这非常理想。在电池放电温度升高的监测中,由于电池均衡器的干预,三个电池的温度升高衰减最大,实际温度升高明显降低。表2显示了在不同时间点测得的绝对温度数据。平衡放电数据显示,在高效实时电池均衡器的干预下,温度衰减率和衰减最大的3个电池的绝对值就温度升高而言,它们处于最小状态。在电压差方面,从平衡放电开始到放电结束,电压差始终处于很小的状态,几乎是完美的状态,并且在放电时间和放电容量方面,它远远超过了常规放电。所有电池的电量几乎完全耗尽。当达到放电截止电压时,三个电池仍处于非常高的安全电压值之内。如果比较相同放电时间点的温度升高,您会发现,在环境放电温度稍高的情况下,无论是温度升高还是平均温度升高,平衡放电情况下的温度升高始终保持最小,并且温度上升降低。延长电池组的使用寿命非常有益。该实验中电池组的一致性问题非常严重。在本文中没有电池均衡器的情况下,可以安全充电的电量取决于3个电池。 3号电池的容量最小,并且已充满电。如果没有安全的充电控制,它将很快进入过度充电状态,从而损坏电池。放电后可放电的电量电池的容量还取决于3个电池的容量。 3电池放电后,如果没有安全的放电控制,它将进入过放电状态并使电池进一步损坏,反复充电和放电后,3电池的容量将进一步迅速下降。 3在电池容量严重下降的情况下,还会出现另一个严重问题,即内部电阻会进一步迅速上升。对于电池来说,内阻越小越好。当在大电流下充电或放电时,内阻的增加会导致电池温度迅速升高。温度升高对电池有很大的副作用,特别是温度过度升高不仅会加速电池的衰减,严重影响并缩短电池的使用寿命,还会导致热失控故障。在此电池组中,在标准充电和放电条件下,3号电池的温度始终处于上升状态,从而进一步加速了其衰减。在均衡器的干预下,通过均衡器的高效分流功能,三只电池的实际充放电电流显着降低,电压的上升和下降速度与其他三只电池同步。也很小。热量显着降低,并且测得的温度升高低于其他三个电池。由温度升高引起的衰减得到有效控制,这有效地降低了三个电池的进一步衰减速度。测量数据和温升曲线如图2和图3所示。从该曲线可以清楚地看到,在标准放电条件下,3枚锂电池衰减最大,温度非常快,是否为绝对值。温度值或温升。高速运转明显高于其他低衰减的锂电池。对于相同的锂电池组,当使用高效电池均衡器时,温度上升情况相反。衰减最大的3个锂电池具有明显的升温速度和绝对值。在同一放电时间点(45分钟)下降时,温度的绝对值和上升速度均在组内。对于整个电池组,在使用电池均衡器之后,在相应的时间点,单位电池温度和平均温度低于常规放电期间的相应温度。这种情况的根本原因是均衡器的干预大大减少了。为了减少衰减最大的3个电池的实际放电电流,积极降低了由内阻引起的温度上升。 (2)24组2V170Ah铅酸蓄电池组的均衡实验数据和分析结果如图4所示。这是一组机车蓄电池组,其容量会迅速衰减,当用户返回工厂进行测试时无法正常使用。白色设备是本文电池均衡器的原型模块。客户报告说,电池组的实际使用时间只有一年以上,并且放电时间非常短。