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[讨论] 有关电池组平衡问题

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发表于 2016-12-11 12:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
       锂电池组的使用已经非常普遍了,锂电池的保护技术也非常的成熟,但是对于电池组来说,电池组内部的电池电压平衡问题,也是非常重要,因为锂离子电池一般都要几串、几十串甚至几百串以上,由于电池在生产过程中,从涂膜开始到成为成品要经过很多道工序,即使经过严格的检测程序,使每组电源的电压、电阻、容量一致,但使用一段时间以后,电池内阻、电压、容量等参数产生波动,形成不一致的状态,就会产生这样或那样的差异。这种差异体现为电池组充满或放完时串联电池芯之间的电压不相同 。
        这种情况下导致电池组充电的过程中,电压过高的电池芯提早触发电池组过充电保护,而在放电过程中电压过低的电池芯导致电池组过放电保护,从而使电池组的整体容量明显下降,整个电池组体现出来的容量为电池组中性能最差的电池芯的容量,而且使用时很容易发生过充和过放现象,且不易发现,导致提前失效。因此要求保护电路能够完成电池单元的平衡操作,用以从具有较高电压的电池抽取多余的电流,消耗多余的电量,实现电池平衡,最大限度地发挥动力锂电池的效用,延长电池的使用寿命,增加安全性。目前常用的平衡方法有储能平衡和电阻平衡。
         储能平衡是利用电池对电感或电容等储能元件的充放电,通过继电器或者开关器件实现储能元件在不平衡电池间的切换,达到电池间的能量转移。这种平衡充电方法一般控制网络复杂,安全性管理要求高,在使用中应注意掌握好储能元件的充放电时间,其最大的优点是充、放电(工作)使用中,都可平衡各单元电池的功能,且不消耗锂离子电池组的电能。
  电阻平衡一般是通过控制器控制电阻网络的通断对电池组进行分流平衡,这种方法可以同时对多节电池进行平衡,控制简单。但是平衡过程中如果电阻选的过大,则平衡电流太小,效果甚微;如果电阻选的过小,则电阻功率很大,系统能量损耗大,平衡效率低,系统对热管理要求较高,需要进行温度检测控制。
  我们所知道的,电阻平衡的原理是在电池组充电的过程中,当某节电池充电速度较快,电压高于其他电池,系统通过控制开关控制平衡电阻的导通分流,降低电池的充电速度,以达到各节电池平衡充电的目的。

来源:EEWorld 模拟与混合信号板块,转载请附上链接


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 楼主| 发表于 2016-12-11 12:21 | 显示全部楼层
       在多串电池组中,现在市场上常见到一些采用4v2过充电保护电压的保护IC作为平衡管理的电路,这种电路实现起来很容易,但在实际使用中,有许多缺点,使它的平衡功能很弱:
1、平衡精度差.保护IC的电压检测精度只能做到25mV,这种精度不可能做到好的平衡.
2、电池组无法保证均衡充满.以10S电池为例,即使充电电压做到42V±0.5%,如果充电恒压值偏下限,即为41.79V,充电完成时,如果其中一节电芯为3.99V,其余都是4.2V,电池组并不会对电芯继续进行平衡,这将导致电池组无法均衡充满.在放电时,电池组的实际可用容量会大大减少.
3、均衡需要额外延长充电时间.由于均衡电路是在4V2后才开启的,此时已是充电后期,均衡需要多增加充电时间.
4、电池组很难保证不被过充.由于均衡电路太迟开启,在开启时,电池电压已经达到4V2了,而充电电流仍然大于旁路分流值,电池组中的电芯无法避免不被过充电.电池组中的电芯被充电至4V2以上很常见,这将使被过充电的电芯寿命快速衰减.

——对于分流式平衡电路而言,较好的做法是在充电开始就对电芯进行平衡管理,只要不平衡度不是很大,这样在充电结束前,就可以使电池组完成平衡.不过实际测试中发现,分流式平衡的温升仍然是个大问题,即使是100mA的平衡电流,也会造成很高的局部温升,因此分流式平衡只适合在10AH以下容量的电池组中使用,如果电池容量较高,并且非后备态使用时,分流式平衡仍然无法完全解决电芯的不一致性所导致的不平衡问题.
——以10AH电池组为例,国产电芯的自放电率在2~8%/月,也就是说,对电池组中的电芯,每个月仅自放电率不一致所导致的剩余容量失衡,就有可能达到6%,对于10AH电池组而言,如果存放一个月后,失衡程度有可能就是600mAh,以100mA的平衡电流来算,需要6小时的均衡时间.


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一粒金砂(中级)

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发表于 2016-12-11 12:24 | 显示全部楼层
串联不如并联,就像电动车一样,有一块坏了就不能跑了。

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串联增加的电压,并联是增加容量的 各有所需,结果不同,但无论串联和并都存在平衡问题  详情 回复 发表于 2016-12-12 07:53


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 楼主| 发表于 2016-12-12 07:53 | 显示全部楼层
yjtyjt 发表于 2016-12-11 12:24
串联不如并联,就像电动车一样,有一块坏了就不能跑了。

串联增加的电压,并联是增加容量的
各有所需,结构不同,可以混搭,但无论串联和并都存在平衡问题

点评

是的,说的不错,要是能研究出一块电池弄成几什伏该多好啊  详情 回复 发表于 2016-12-12 12:25


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一粒金砂(中级)

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发表于 2016-12-12 12:25 | 显示全部楼层
qwqwqw2088 发表于 2016-12-12 07:53
串联增加的电压,并联是增加容量的
各有所需,结构不同,可以混搭,但无论串联和并都存在平衡问题

是的,说的不错,要是能研究出一块电池弄成几什伏该多好啊


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一粒金砂(高级)

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发表于 2016-12-12 14:45 | 显示全部楼层
据说,电池平恒问题都没得到很好解决,难以达到要求,如中兴,华为机站要求的电池串管理部分,厂家都很伤神,不是很理想;还得大家多多想点办法 如果有新想法,可以议议


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