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福建星云电子公司技术团队提出锂电池的动态跟随均衡策略

 电气技术杂志社 2023-07-17 发布于天津




阅读提示:本文约1000字



近年来新能源汽车与储能行业飞速发展,大型锂电池模块广泛应用于新能源汽车、储能领域。伴随大型锂电池模块保有量的激增,锂电池模块梯次利用与维修等相关需求也在激增。

在锂电池模块制造及使用过程中,电池模块的不一致性产生“木桶效应”,即电池单体的过充或过放导致整个电池模块的性能逐渐降低,最终缩短电池模块使用寿命,减小电池实际可使用容量。为了解决锂电池模块不一致的问题,锂电池模块中的电池管理系统配备均衡功能,但多数电池管理系统并未使用电感、电容、DC-DC变换器、变压器等主动均衡方法,在锂电池充放电过程中的均衡电流较小、效率低下,均衡效果不理想。

对于锂电池模块中更换的电池单体,在维修时要使用外部主动均衡设备对其进行快速均衡修复,同时也可对未更换电池单体统一进行均衡,提升电池单体一致性。

当前,多数均衡方法通过对电池进行充放电,将电池单体维持在同一电压水平。根据锂电池恒压(CV)曲线,在充放电状态中,由于充放电回路中存在阻抗,当接近均衡目标电压时,电流会逐渐减小。电池单体CV充电曲线如图1所示。

图1 电池单体CV充电曲线

另外,由于线阻等因素,充放电过程中设备端采集到的电压并非真实电池单体电压,若按这种方式进行均衡,恒流(CC)充放电占比较少,则需要的均衡时间较长,大大降低了锂电池模块更换维修的效率。

当前,多数均衡设备使用的均衡策略对应的均衡时间较长,福建星云电子股份有限公司的邓秉杰、王伟平、熊刚,在在2023年第4期《电气技术》上撰文,提出基于内阻动态电压跟随的锂电池均衡策略,在传统恒流充放电均衡策略的基础上,引进线阻与内阻的检测,基于线阻与内阻的动态变化及电芯充放电的实时特性,对均衡模块的输出电压进行补偿,使其一直跟随电芯电压变化,从而保证电池单体基本处于恒流充放电状态。

图2 三种方案均衡充电曲线

通过对比测试可知,在特定测试条件下,动态跟随模式的均衡时间相比CV/CC模式减少了46.1%,相比CC间断模式减少了30%。基于内阻动态电压跟随的锂电池均衡策略在传统CC均衡策略基础上,引进了线阻、内阻的检测,基于线阻与内阻的动态变化及电池单体充放电的实时特性,对均衡模块的输出电压进行补偿,使均衡模块的电压一直跟随电池单体电压变化,保持电池单体基本处于恒流充放电状态。

技术团队表示,以真实电池进行对比测试可以得出,基于内阻动态电压跟随的均衡策略在保障安全的前提下,大大提高了均衡效率。该研究结果可为均衡仪的设计和使用提供参考。

本工作成果发表在2023年第4期《电气技术》,论文标题为“基于内阻动态电压跟随的锂电池均衡策略”,作者为邓秉杰、王伟平、熊刚。

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