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来源:电池管理者
大庆市交通运输局 周宝林0 落后电池的被过充电和过放电
锂电池由于其特殊性,对电压非常敏感,必须通过合适的控制技术,使其工作电压位于安全工作区间。使用单体锂电池设备,只要在锂电池上配套合适的锂电池保护板即可,当锂电池的充电电压上升到电压上限,或者放电电压下降到电压下限时,配套的电池保护板就会通过内置的电子开关实时关闭充电通道或者放电通道,达到保护锂电池的目的。但这种保护方式对于锂电池组中的单元电池却是无效的,必须选择其他保护方案。当锂电池发生被过充电和过放电时,视发生的深度和时间不同而产生不同的伤害,当刚刚进入被过充电和过放电就停止工作,并且持续时间非常短时,对锂电池的破坏就很小甚至可以忽略,但是,如果被过充电和过放电持续的时间较长,过充电电压就会更高,过放电电压就会更低,这种情况下,对锂电池的破坏性是严重甚至是致命的,轻则容量严重降,重则锂电池会持续处于高温状态,可能会发生爆炸甚至火灾,如果对应的是高价值设备,那么由此带来的损失将是巨大的。电池均衡技术应运而生。1 均衡能力的概述
均衡能力是指均衡电流应对相对电压差的控制或应对能力,是预防落后电池被过充电或过放电的关键。常用单位为A/V或者A/mV,例如1A/0.1V就表示电压差达到0.1V时均衡电流为1A,数值越大,代表均衡能力越强。目前市场上某些电池均衡器产品,对外销售时的宣传参数通常是均衡电流,而不是均衡能力,这两个概念是有明显区别的,例如某均衡器,虽然宣传的均衡电流高达5A以上,但匹配的电压差却高达0.5V以上,相当于均衡能力为1A/0.1V,这一电压差,对于处于充电状态或放电状态的电池组中的“落后”电池来说,会存在非常大的被过充或被过放风险,例如,以单体3.7V锂电池组为例,充电期间,如果大部分单元电池电压还在4.0V,而只有一两个落后单元的电压已经上升到4.5V,已经处于严重的过充电状态,虽然均衡电流已经达到5A左右,但很显然,均衡能力还是不足;同样,放电期间,如果大部分单元电池电压还有3.1V,但一两个落后单元的电压已经下降到到2.6V,已经处于非常严重的过放电状态,虽然均衡电流已经达到5A左右,但巨大的电压差表明,均衡能力不足。可见,均衡能力的重要性不言而喻。目前已经出现0.1A/mV的高功率均衡技术,相当于10A/0.1V。2 电池组不同阶段对均衡能力的需求
2.1 新装配电池组通常情况下,新装配电池组所需的单元电池会采用同一批次的同型号电池,无论是容量、电压、内阻还是自放电率等参数,一致性都比较好,在使用初期的几十个充放电循环内,较小的均衡能力即可满足需要。随着循环次数的增加,电池开始进入衰减周期,容量、电压、内阻、自放电率等参数开除出现差异化,对均衡能力的要求开始增大,如果均衡能力不足,各个单元的差异化会进一步扩大,最终表现出来的是一致性变差,容量持续降低、续航时间快速缩水。2.2 梯次利用电池组梯次利用电池组所采用的电池通常都是退役电池,原始使用时间、循环次数都存在较大的差异,非常容易在接下来的使用期间发生一致性问题,并且发生一性问题的时间大概率会提前,要想保证最差电池不会发生被过充电和被过放电的情况,对均衡能力的要求是比较高的,而如果梯次利用电池组是属于高功率储能、动力电池组,例如基站、储能电站,充放电流至少都在几十安培及以上,那么对均衡能力的要求就更高了。1A/0.1V的均衡能力,将很难满足最小容量单元电池不发生被过充电和被过放电的要求。2.3 均衡能力不足的问题在均衡能力不足的情况下,第一,在电池组大电流工作或高倍率充放电的情况下,落后单元的被过充电和被过放电的概率仍非常大;第二,在放电的情况下,如果均衡能力不足,会造成很多剩余电量无法释放,好电池的容量利用率降低,有劲也使不上。3 小结
均衡能力是电池均衡设备的一个非常重要的技术指标,不同均衡能力的电池均衡设备适用于不同的电池组,如果电池组的容量较小,例如几十Ah以内的,充放电流或充放电倍率较小的电池组,不大的均衡能力即可满足需求,但如果是用于高功率储能、动力电池电池组,通常处于高倍率充放电状态,那么对均衡能力的需求就需要提高。