鉅大LARGE | 點擊量:6880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)板被動均衡和主動均衡:
電池本身還有可用容量,卻因為電池之間不均衡以及為保護(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)報廢年限,卻要為滿足動力性能而更換電池。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,鋰離子電池的壽命會降低一半。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出現(xiàn)溫度差。即使在同一個電池箱內(nèi),也會因為位置和電池受熱不同出現(xiàn)溫度差,而這個溫度差會對電池壽命出現(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)損失也就會大大延長電池系統(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因為各種原由(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)因為不均衡造成有容量也無法使用。
一般情況下,電池容量下降至70%~80%的時候會更換電池以保繼續(xù)航里程,電池容量保持在70%以上的時間越長,電動汽車的成本也就越低。在沒有均衡和一般的被動均衡技術(shù)下,電池系統(tǒng)的容量不到3年(每天一次滿洋溢放)就會下降至70%以下。做得較好的被動均衡可以將電池容量勉強維持在70%。與此形成鮮明比較的是,做得較好的主動均衡可以將系統(tǒng)損失降到最低度。這樣的主動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)而延長電池系統(tǒng)的使用壽命,延緩電池系統(tǒng)的更換時期,同時新增續(xù)航里程。被動均衡與主動均衡
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。目前市場上均衡多串聯(lián)的電池系統(tǒng)有傳統(tǒng)的被動均衡和主動均衡兩種方式。
1.被動均衡
被動均衡一般通過電阻放電的方式,對電壓較高的電池進(jìn)行放電,以熱量形式釋放電量,為其他電池爭取更多充電時間。這樣整個系統(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)板會切斷充電回路,停止充電。倘若充電時的電壓超過這個數(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)機制,停止電池系統(tǒng)的充電,這樣筆直導(dǎo)致1號、3號電池?zé)o法洋溢。整個系統(tǒng)的滿充電量受限于2號電池,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)板會在充電時均衡電池。如圖3所示,均衡啟動后,鋰離子電池保護(hù)板會對2號電池進(jìn)行放電,延遲其達(dá)到保護(hù)電壓值的時間,這樣1號、3號電池的充電時間也相應(yīng)延長,進(jìn)而提升整個電池系統(tǒng)的電量。但是,2號電池放電電量100%被轉(zhuǎn)換成熱量釋放,造成了很大的浪費(2號電池的散熱是系統(tǒng)的損失,也是電量的浪費)。
如圖4所示,除了過充對電池會有嚴(yán)重影響外,過放也會造成電池嚴(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,2號電池的電壓到達(dá)放電保護(hù)值時,觸發(fā)鋰離子電池保護(hù)板的保護(hù)機制,停止系統(tǒng)放電,筆直導(dǎo)致1號、3號電池的電池余量無法被完全使用,均衡啟動后會改善系統(tǒng)過放。
被動均衡的優(yōu)勢是成本低和電路設(shè)計簡單;而缺點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。
2.主動均衡
主動均衡是以電量轉(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。目前市場上出現(xiàn)的很多主動均衡技術(shù)不成熟,導(dǎo)致電池過放,加速電池衰減的情況時有發(fā)生。市場上的主動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號電池將電量轉(zhuǎn)移給1號、3號電池。高效的電荷轉(zhuǎn)移,使得充電時3個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,也可均衡電池。1號、3號電池將電量轉(zhuǎn)移給2號電池,3個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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