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。動力鋰電池成組使用，各節鋰電池均要求充電過電壓、放電欠電壓、過流、短路的保護，充電過程中要實現整組電池均衡充電的問題。經過實驗證明，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

　　作為一種新型動力技術，鋰電池組在使用中必須串聯才能達到使用電壓的需求，單體性能的參差不齊并不全緣于電池生產技術問題，即使每只電池出廠時電壓，內阻完全一致，使用一段時間以后，也會產生差異，這使得解決動力電池充電技術問題成為迫切需要解決的技術問題。

　　為了解決動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現方案。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上，選擇部分分流法作為設計思路，進行具體電路設計。多次鋰電池組充放電實驗表明，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不及單體電池。具有高效均衡管理功能的鋰電池管理系統能夠大幅提高動力電池組的整體性能、有效的延長鋰電池組的使用壽命、大大降低整車的使用和維護成本。為安全、高效、實用的電動汽車的推廣提供技術保障。

　　目前，鋰電池管理系統在電池在線監測、狀態評估、充電管理、數據通信、控制策略等方面都取得了一定進步。

　　鋰電池組充電特性

　　在動力電池組中由于各單體電池之間存在不一致性。連續的充放電循環導致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減，串聯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、內阻等存在差異；

　　●電池自放電率的不同，經長時間積累，造成電池容量的差異；

　　●電池使用過程中，使用環境如溫度、電路板的差異，導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鋰電池組的影響，在充電過程中，要使用均衡電路。

　　目前對于鋰電池組進行均衡管理的方案主要有2種，能耗型和回饋型。能耗型是指給各個單體電池提供并聯支路，將電壓過高的單體電池通過分流轉移電能達到均衡目的。回饋型是指通過能量轉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，當忽略轉換效率時，回饋不消耗能量，可實現動態均衡。但由于回饋型設計控制方法復雜，制造成本較高，本充電器采用能耗型設計。

　　由于直流內阻、極化電壓、最大可用容量為電池的特定參數，在一次或連續的幾次充放電過程中基本不發生變化，所以鋰電池組的均衡主要通過調整各單體電池的SOC來實現。經研究，以SOC作為均衡的參考對象，均衡對象相對固定，充分利用均衡時間，提高均衡利用率來降低均衡電流容量。

　　以電池的SOC為控制對象，通過對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，通常為了提高均衡的效率以及充分發揮充放電均衡的優勢，將該目標設定為鋰電池組的平均荷電狀態值(SOC)。并同樣設置均衡控制帶(dSOC)來防止均衡的波動，對于SOC偏高的單體進行放電均衡，反之則進行充電均衡。

　　常用的鋰電池組均衡充電技術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。成組的鋰電池串聯充電時，應保證每節電池均衡充電，否則使用過程中會影響整組電池的性能和壽命。

　　總結：采用單節鋰電池保護芯片設計實現了多節鋰電池串聯的電池組保護板，除可完成必要的過電壓、欠電壓、過電流和短路保護功能外，還可以實現均衡充電功能。是電池技術的又一大重要突破。