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鋰離子電池均衡的幾點看法

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年11月26日  

1、電池容量誤差是絕對的,隨著電池的使用,這種誤差在擴大。出廠配組也僅僅可以延遲電池明顯誤差的時間,最終還是要出現嚴重的容量誤差的。


所以,誤差是絕對的,做電池保護系統和均衡系統的目的也僅僅是緩解這種誤差和防止誤差帶來的危險而已。容量均衡是不可能的,不應該作為均衡的目標來追求。


2、目前有容量補償的方法,就是把容量高的電池取出一些電量來補償容量低的電池的消耗。這個方法理論上沒有問題,實際做起來非常麻煩,特別是效率難以作高。


3、充電電壓均衡是必要的,否則電池在充電后期會出現部分電池欠充電。部分電池過充電,欠充電影響電池的壽命,過充電會導致出現危險。


4、做放電均衡不如做欠壓保護好,做到任意一個單體電池發生欠壓都進行斷電保護,防止出現過放電引起的危險。

鋰離子電池的容量損失是一個極其復雜的過程,涉及非常多的因素。這里沒有篇幅解釋每個因素具體是通過什么機制出現影響的,但是簡單列舉一下這些因素。


鋰離子電池的容量損失重要可以分成兩塊:隨時間發生的容量損耗(calendaraging)(把鋰離子電池擱著不用,時間長了容量也會降低)與使用所帶來的容量損耗(cycleaging)。


有關前者,涉及因素重要有:


充電狀態(StateofCharge)。這個是指電量處于總容量多少的地方。比如說,是40%或者60%;


溫度(Temperature);


存放時間(time)。


每次的充放深度(DepthofDischarge)。比方說,你是每次從0%充到100%,再放到0%再充電,還是用到20%電量提示就開始充電,而且充到80%就拔下插頭,這是不相同的;


充電狀態(StateofCharge),也就是通常所說的電量。關于同樣的DoD,平均SoC可以不同。比如說,在保持電量在40%~100%之間循環,和保持在20%~80%之間,雖然充放深度相同,由于充電狀態不相同,對電池的影響是不相同的;


充電倍率(rateofCharge)。假如說充電電流能在1小時內把電池充滿,我們就說充電倍率平均是1C;假如說充電電流在2小時內把電池充滿,我們就說充電倍率平均是0.5C;等等;


溫度(Temperature);


循環數量(Numberofcycles)。顯然,循環兩百個周期比一百個周期的損耗更大……


此外,還有一些我們幾乎不可控的因素。比如說處于剛開始使用的階段的鋰離子電池,會經歷一個固體電解質相界面膜(SEIfilm)的形成過程。這個過程會消耗一定量的鋰離子。只要要使用電池,這個過程就繞不過去,所以我們就不必過度考慮它了。


Calendaraging與cycleaging是基本獨立的,因此,假如可以讓設備直接使用外接電源而不使鋰離子電池參與充放電,那么就可以免除cycleaging,對鋰離子電池的壽命是有益的。不過,具體應該停留在什么SoC呢?這就是下面要討論的:有關各個因素關于鋰離子電池壽命損耗的影響的定性規律。


(1)充電狀態(StateofCharge)


研究表明,SoC更低時,無論是calendaraging還是cycleaging都會得到延緩。因此,假如我們想要盡量減少鋰離子電池的壽命衰減,就應當保持它的電量較低。比如說,假如想讓設備直接使用外接電源而不使鋰離子電池參與充放電,那么將電量保持在40%會比保持在60%更好。


那么,只要使用要允許,是否電量越低越好呢?這要看你是讓鋰離子電池不參與充放電,比如說擱置存放或者只使用外接電源(此時只有calendaraging),還是要讓它參與充放電(此時cycleaging占主導)。


在前者情況下,電量確實是越低越好。只不過,假如電量太低,忘記補電而造成電池餓死的風險就更大。在保證電池不會餓死的情況下,把電池放電到5%甚至近乎0%再存放的保護效果更好。


在后者情況下,情況略為復雜。電量太低時,電池內阻會升高。下面做一個極端的假設說明這個隱藏問題。某電池容量是10Wh。它的電量在0~10%的時候內阻很高,以至于你存進去1Wh的電把電量從0%充到10%,再取出來就只能用0.1Wh了,另外0.9Wh在設備工作的時候轉化成了電池上的發熱。這個時候,我們只獲得0.1Wh的有效使用,卻給電池造成了1Wh的cycleaging。而它的電量處在98~100%時內阻較低,把電量從98%充到100%雖然給電池造成的cycleaging只有0.2Wh,但使用時發熱較少,同樣可以獲得0.1Wh的有效使用。雖然高電量下同樣的0.2Wh電池的老化會比低電量時等量的0.2Wh的老化大,也很可能比低電量實際上的那1Wh帶來的老化小。


我能找到的有限的資料數據當中,不太能看出在電量水平<20%的情況下,是高內阻帶來的危害大,還是低電量下充電磨損輕的好處大,所以這里不能解答是否應當讓電量這么低。不過可以確定的是,至少在40%以上的電量水平下,電池的內阻變化可以不計,因此譬如保持電量在40%±20%之間循環比起保持在60%±20%更加有益。



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