下限均衡鋰電池梯次利用管理系統研究

2018-02-24 13:55:24宋愛強王安亭鄭海燕

電腦知識與技術 2018年34期

宋愛強王安亭鄭海燕

摘要：將淘汰的鋰電池進行分撿、整體評估，制成新的電池包，代替鉛酸電車，利用電壓繼電器監測模塊對電池包進行控制，實現了電池包的過壓、欠壓保護。最后完成裝車試驗，進行數據對比，得出鋰電池梯次利用管理系統結論。

關鍵詞：鋰電池;梯次利用;下限均衡

中圖分類號：TK-9? ? ? 文獻標識碼：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損壞而導致整個電池包無法使用。且大多數的電池管理方法采用電壓上限管理作為電壓均衡管理[1]，此方法設計復雜，系統成本高，安裝應用復雜、占用空間多，必須專業人員調試，不同的電池包管理系統很難相互通用[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測。此管理系統設計簡單、制造成本低、應用空間小，可以大規模生產且適用于多種鋰電池產品。

2系統工作原理

本設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，從而保證每組單體電池在充放電過程中保持相同形態，防止過充、過放的情況發生[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，然后再繼續放電至2.80V，反復循環操作，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鋰電池管理系統的設計

3.1電池包的組裝

試驗用車為常見的低速電動車，根據電機的額定功率、額定電壓，確定電池電壓。選取容量一致、內阻一致、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行充放電試驗。充電時，電池單體達到最高電壓3.65V時，停止充電并記錄電池包的總電壓（假設為60V）;放電時，電池單體達到最低電壓2.60V時，停止放電并記錄電池包的總電壓（假設為40V）。使用調壓配置卡設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行保護。

3.2電池包的檢測與控制設計

圖1中監測模塊對電池包進行整體的檢測，檢測模塊檢測到電池達到設定的工作電壓的上限或下限電壓時，檢測單元工作，保護電池包。

4裝車試驗數據

4.1續航的對比

4.1.1 單體電池的對比

由表1得，鋰電池體積小，循環次數多，溫度適應能力強，穩定性高，且無污染。

4.1.2 裝車試驗數據

采用熊貓電動車做電池續航能力對比。

[整備質量：695Kg 電池類型：鉛酸電車額定功率：3KW 額定容量：100Ah 標準電壓：60V 續航里程：100-120Km 電池數量：6塊 ]

分別采用鉛酸電池和重組的鋰電池進行試驗。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，得到試驗數據。如圖2所示。<E：＼知網文件＼電腦＼電腦34＼7xs201834＼Image＼image2.pdf>

從圖2中看出，鋰電池穩定性高，續航能力強。

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 循環次數對比

在理想的狀態下，鉛酸電池的循環次數為300-600次，鋰電池循環次數為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的狀態下，與鉛酸電池同樣在120Ah的情況下做了循環次數的試驗。試驗循環次數為500次。對比兩種電池所發生的變化。如圖4所示。

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

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 結論

通過多項試驗證明了梯次利用的磷酸鐵鋰電池的續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，說明其穩定性強。在循環次數的對比中得到了梯次利用的鋰電池可循環次數更多，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，經過試驗驗證，證明了其實用性與可行性。