下限均衡鋰電池梯次利用管理系統(tǒng)研究

宋愛強(qiáng) 王安亭 鄭海燕

摘要：將淘汰的鋰電池進(jìn)行分撿、整體評估，制成新的電池包，代替鉛酸電車，利用電壓繼電器監(jiān)測模塊對電池包進(jìn)行控制，實現(xiàn)了電池包的過壓、欠壓保護(hù)。最后完成裝車試驗，進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，得出鋰電池梯次利用管理系統(tǒng)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：鋰電池;梯次利用;下限均衡

中圖分類號：TK-9? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ?文章編號：1009-3044（2018）34-0234-02

1引言

目前市場上的電池包通常是因為一支或幾支電池?fù)p壞而導(dǎo)致整個電池包無法使用。且大多數(shù)的電池管理方法采用電壓上限管理作為電壓均衡管理[1]，此方法設(shè)計復(fù)雜，系統(tǒng)成本高，安裝應(yīng)用復(fù)雜、占用空間多，必須專業(yè)人員調(diào)試，不同的電池包管理系統(tǒng)很難相互通用[2]。

單體電池電壓下限均衡的電池管理方法，包括電池分撿、組裝、電壓均衡以及電池包電壓的監(jiān)測。此管理系統(tǒng)設(shè)計簡單、制造成本低、應(yīng)用空間小，可以大規(guī)模生產(chǎn)且適用于多種鋰電池產(chǎn)品。

2系統(tǒng)工作原理

本設(shè)計采用的電池均衡方式為電池單體電壓下限均衡。電池電壓下限均衡是使其單只或成組的電池電壓誤差維持在一定范圍內(nèi)，從而保證每組單體電池在充放電過程中保持相同形態(tài)，防止過充、過放的情況發(fā)生[3]。對所選用的電池，采用恒流放電，放電率為5A，終止電壓為2.80V，當(dāng)單體電池電壓下降到2.80V時，停止放電。一段時間后電壓會反彈升高，然后再繼續(xù)放電至2.80V，反復(fù)循環(huán)操作，直到單體電池的電壓為2.80V不反彈為止，此過程為電池單體電壓下限均衡。

3鋰電池管理系統(tǒng)的設(shè)計

3.1電池包的組裝

試驗用車為常見的低速電動車，根據(jù)電機(jī)的額定功率、額定電壓，確定電池電壓。選取容量一致、內(nèi)阻一致、自放電一致的鋰電池，采用3并4串的電池連接方式，制成電壓為12V的鋰電池包。

將滿足要求的電池包進(jìn)行充放電試驗。充電時，電池單體達(dá)到最高電壓3.65V時，停止充電并記錄電池包的總電壓（假設(shè)為60V）;放電時，電池單體達(dá)到最低電壓2.60V時，停止放電并記錄電池包的總電壓（假設(shè)為40V）。使用調(diào)壓配置卡設(shè)定此電池包的最高電壓為60V，最低電壓為40V，采用繼電器對電池包進(jìn)行保護(hù)。

3.2電池包的檢測與控制設(shè)計

圖1中監(jiān)測模塊對電池包進(jìn)行整體的檢測，檢測模塊檢測到電池達(dá)到設(shè)定的工作電壓的上限或下限電壓時，檢測單元工作，保護(hù)電池包。

4裝車試驗數(shù)據(jù)

4.1續(xù)航的對比

4.1.1 單體電池的對比

由表1得，鋰電池體積小，循環(huán)次數(shù)多，溫度適應(yīng)能力強(qiáng)，穩(wěn)定性高，且無污染。

4.1.2 裝車試驗數(shù)據(jù)

采用熊貓電動車做電池續(xù)航能力對比。

[整備質(zhì)量：695Kg 電池類型：鉛酸電車 額定功率：3KW 額定容量：100Ah 標(biāo)準(zhǔn)電壓：60V 續(xù)航里程：100-120Km 電池數(shù)量：6塊 ]

分別采用鉛酸電池和重組的鋰電池進(jìn)行試驗。將梯次利用組裝的鋰電池裝在電動車上，在保證額定電壓、額定容量的條件下，模擬上下班兩次，后三次做電池的充分放電試驗（充滿電后一直放電，直到斷電保護(hù)為止）。采用相同的試驗方法，將電動汽車更換為鉛酸電池，得到試驗數(shù)據(jù)。如圖2所示。<E：＼知網(wǎng)文件＼電腦＼電腦34＼7xs201834＼Image＼image2.pdf>

從圖2中看出，鋰電池穩(wěn)定性高，續(xù)航能力強(qiáng)。

4.2 衰減對比

由圖3可以看出磷酸鐵鋰電池衰減幅度比鉛酸電池小。

4.3 循環(huán)次數(shù)對比

在理想的狀態(tài)下，鉛酸電池的循環(huán)次數(shù)為300-600次，鋰電池循環(huán)次數(shù)為1200-2000次。

梯次利用的鋰電池容量在原來容量的80%左右，即容量大約為120Ah。在鋰電池容量為120Ah的狀態(tài)下，與鉛酸電池同樣在120Ah的情況下做了循環(huán)次數(shù)的試驗。試驗循環(huán)次數(shù)為500次。對比兩種電池所發(fā)生的變化。如圖4所示。

由圖4知循環(huán)500次后鉛酸電池為72Ah，磷酸鐵鋰的電池容量為96Ah，在試驗次數(shù)到達(dá)500次時鉛酸電池出現(xiàn)了膨脹，而鋰電池并未出現(xiàn)。梯次利用的鋰電池在循環(huán)壽命方面能最終能達(dá)到800次以上，相比而言，梯次利用的鋰電池循環(huán)次數(shù)比鉛酸電池的循環(huán)次數(shù)更長。

4.4 價格對比

通過電池包的組裝及成本的計算，梯次利用重新組裝的鋰電池包再加上保護(hù)裝置之后的價格約為1202元，比起市場上同樣容量的鉛酸電池包而言要便宜很多。

5 結(jié)論

通過多項試驗證明了梯次利用的磷酸鐵鋰電池的續(xù)航能力要比鉛酸電池高很多，磷酸鐵鋰電池衰減比鉛酸電池緩慢，說明其穩(wěn)定性強(qiáng)。在循環(huán)次數(shù)的對比中得到了梯次利用的鋰電池可循環(huán)次數(shù)更多，且電池不易膨脹，裝車之后在不考慮人工費情況下，鋰電池要比鉛酸電池便宜。

下限均衡鋰電池梯次利用管理系統(tǒng)，經(jīng)過試驗驗證，證明了其實用性與可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 范超，付虹.電動車電池能源管理系統(tǒng)的研究[D].長春工業(yè)大學(xué)，2015.

[2] 林思岐，姜久春.電池均衡電路的研究應(yīng)用[D].北京交通大學(xué)，2013.

[3] 劉璐，李相俊，賈學(xué)翠.梯次利用儲能電池管理技術(shù)與試驗應(yīng)用[J].中國電力科學(xué)研究院電工與新材料研究所，2106（1）.

【通聯(lián)編輯：光文玲】