鋰電池組均衡充電有效改善電池一致性問題

來源：存能電氣  日期：2019-03-22 11:20  瀏覽量：次

　　鋰電池組均衡充電有效改善電池一致性問題。動(dòng)力鋰電池成組使用，各節(jié)鋰電池均要求充電過電壓、放電欠電壓、過流、短路的保護(hù)，充電過程中要實(shí)現(xiàn)整組電池均衡充電的問題。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，鋰電池組均衡充電管理電路能有效改善電池組充電的一致性，提高鋰電池組工作性能，延長(zhǎng)使用壽命。

　　鋰電池組均衡充電有效改善電池一致性問題

　　作為一種新型動(dòng)力技術(shù)，鋰電池組在使用中必須串聯(lián)才能達(dá)到使用電壓的需求，單體性能的參差不齊并不全緣于電池生產(chǎn)技術(shù)問題，即使每只電池出廠時(shí)電壓，內(nèi)阻完全一致，使用一段時(shí)間以后，也會(huì)產(chǎn)生差異，這使得解決動(dòng)力電池充電技術(shù)問題成為迫切需要解決的技術(shù)問題。

　　為了解決動(dòng)力鋰電池組使用中的一致性問題，本文提出了一種均衡充電管理電路的實(shí)現(xiàn)方案。首先分析了單體鋰電池的特性；然后在比較各種均衡充電理論的基礎(chǔ)上，選擇部分分流法作為設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行具體電路設(shè)計(jì)。多次鋰電池組充放電實(shí)驗(yàn)表明，該均衡充電管理電路能有效改善鋰電池組充電的一致性，提高電池組工作性能，延長(zhǎng)使用壽命。

　　由于電池性能不一致的問題，使得成組電池在利用率、使用壽命、安全性等方面的性能遠(yuǎn)不及單體電池。具有高效均衡管理功能的鋰電池管理系統(tǒng)能夠大幅提高動(dòng)力電池組的整體性能、有效的延長(zhǎng)鋰電池組的使用壽命、大大降低整車的使用和維護(hù)成本。為安全、高效、實(shí)用的電動(dòng)汽車的推廣提供技術(shù)保障。

　　目前，鋰電池管理系統(tǒng)在電池在線監(jiān)測(cè)、狀態(tài)評(píng)估、充電管理、數(shù)據(jù)通信、控制策略等方面都取得了一定進(jìn)步。

　　鋰電池組充電特性

　　在動(dòng)力電池組中由于各單體電池之間存在不一致性。連續(xù)的充放電循環(huán)導(dǎo)致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減，串聯(lián)電池組的容量是由單體電池的最小容量決定的，因此這些差異將使電池組的使用壽命縮短。造成這種不平衡的主要原因有：

　　●電池制作過程中，由于工藝等原因，同批次電池的容量、內(nèi)阻等存在差異；

　　●電池自放電率的不同，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間積累，造成電池容量的差異；

　　●電池使用過程中，使用環(huán)境如溫度、電路板的差異，導(dǎo)致電池容量的不平衡。

　　鋰電池組均衡充電方案

　　為了減小不平衡性對(duì)鋰電池組的影響，在充電過程中，要使用均衡電路。

　　目前對(duì)于鋰電池組進(jìn)行均衡管理的方案主要有2種，能耗型和回饋型。能耗型是指給各個(gè)單體電池提供并聯(lián)支路，將電壓過高的單體電池通過分流轉(zhuǎn)移電能達(dá)到均衡目的。回饋型是指通過能量轉(zhuǎn)換器將單體之間的偏差能量饋送回電池組或電池組中的某些單體。

　　理論上，當(dāng)忽略轉(zhuǎn)換效率時(shí)，回饋不消耗能量，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)均衡。但由于回饋型設(shè)計(jì)控制方法復(fù)雜，制造成本較高，本充電器采用能耗型設(shè)計(jì)。

　　由于直流內(nèi)阻、極化電壓、最大可用容量為電池的特定參數(shù)，在一次或連續(xù)的幾次充放電過程中基本不發(fā)生變化，所以鋰電池組的均衡主要通過調(diào)整各單體電池的SOC來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)研究，以SOC作為均衡的參考對(duì)象，均衡對(duì)象相對(duì)固定，充分利用均衡時(shí)間，提高均衡利用率來降低均衡電流容量。

　　以電池的SOC為控制對(duì)象，通過對(duì)單體電池充放電的方式來縮小電池之間SOC的差別。首先需要確定均衡目標(biāo)，通常為了提高均衡的效率以及充分發(fā)揮充放電均衡的優(yōu)勢(shì)，將該目標(biāo)設(shè)定為鋰電池組的平均荷電狀態(tài)值(SOC)。并同樣設(shè)置均衡控制帶(dSOC)來防止均衡的波動(dòng)，對(duì)于SOC偏高的單體進(jìn)行放電均衡，反之則進(jìn)行充電均衡。

　　常用的鋰電池組均衡充電技術(shù)包括恒定分流電阻均衡充電、通斷分流電阻均衡充電、平均電池電壓均衡充電、開關(guān)電容均衡充電、降壓型變換器均衡充電、電感均衡充電等。成組的鋰電池串聯(lián)充電時(shí)，應(yīng)保證每節(jié)電池均衡充電，否則使用過程中會(huì)影響整組電池的性能和壽命。

　　總結(jié)：采用單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了多節(jié)鋰電池串聯(lián)的電池組保護(hù)板，除可完成必要的過電壓、欠電壓、過電流和短路保護(hù)功能外，還可以實(shí)現(xiàn)均衡充電功能。是電池技術(shù)的又一大重要突破。