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鋰離子電池均衡的幾點(diǎn)看法

1、電池容量誤差是絕對(duì)的,隨著電池的使用,這種誤差在擴(kuò)大。出廠配組也僅僅可以延遲電池明顯誤差的時(shí)間,最終還是要出現(xiàn)嚴(yán)重的容量誤差的。

所以,誤差是絕對(duì)的,做電池保護(hù)系統(tǒng)和均衡系統(tǒng)的目的也僅僅是緩解這種誤差和防止誤差帶來的危險(xiǎn)而已。容量均衡是不可能的,不應(yīng)該作為均衡的目標(biāo)來追求。

2、目前有容量補(bǔ)償?shù)姆椒?,就是把容量高的電池取出一些電量來補(bǔ)償容量低的電池的消耗。這個(gè)方法理論上沒有問題,實(shí)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(huì)出現(xiàn)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(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)危險(xiǎn)。

4、做放電均衡不如做欠壓保護(hù)好,做到任意一個(gè)單體電池發(fā)生欠壓都進(jìn)行斷電保護(hù),防止出現(xiàn)過放電引起的危險(xiǎn)。

鋰離子電池的容量損失是一個(gè)極其復(fù)雜的過程,涉及非常多的因素。這里沒有篇幅解釋每個(gè)因素具體是通過什么機(jī)制出現(xiàn)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(shí)間發(fā)生的容量損耗(calendaraging)(把鋰離子電池?cái)R著不用,時(shí)間長了容量也會(huì)降低)與使用所帶來的容量損耗(cycleaging)。

有關(guān)前者,涉及因素重要有:

充電狀態(tài)(StateofCharge)。這個(gè)是指電量處于總?cè)萘慷嗌俚牡胤?。比如說,是40%或者60%;

溫度(Temperature);

存放時(shí)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(tài)(StateofCharge),也就是通常所說的電量。關(guān)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(huán),和保持在20%~80%之間,雖然充放深度相同,由于充電狀態(tài)不相同,對(duì)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(shí)內(nèi)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(shí)內(nèi)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(huán)數(shù)量(Numberofcycles)。顯然,循環(huán)兩百個(gè)周期比一百個(gè)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(huì)經(jīng)歷一個(gè)固體電解質(zhì)相界面膜(SEIfilm)的形成過程。這個(gè)過程會(huì)消耗一定量的鋰離子。只要要使用電池,這個(gè)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(dú)立的,因此,假如可以讓設(shè)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(duì)鋰離子電池的壽命是有益的。不過,具體應(yīng)該停留在什么SoC呢?這就是下面要討論的:有關(guān)各個(gè)因素關(guān)于鋰離子電池壽命損耗的影響的定性規(guī)律。

(1)充電狀態(tài)(StateofCharge)

研究表明,SoC更低時(shí),無論是calendaraging還是cycleaging都會(huì)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(yīng)當(dāng)保持它的電量較低。比如說,假如想讓設(shè)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(huì)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(shí)只有calendaraging),還是要讓它參與充放電(此時(shí)cycleaging占主導(dǎo))。

在前者情況下,電量確實(shí)是越低越好。只不過,假如電量太低,忘記補(bǔ)電而造成電池餓死的風(fēng)險(xiǎn)就更大。在保證電池不會(huì)餓死的情況下,把電池放電到5%甚至近乎0%再存放的保護(hù)效果更好。

在后者情況下,情況略為復(fù)雜。電量太低時(shí),電池內(nèi)阻會(huì)升高。下面做一個(gè)極端的假設(shè)說明這個(gè)隱藏問題。某電池容量是10Wh。它的電量在0~10%的時(shí)候內(nèi)阻很高,以至于你存進(jìn)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(shè)備工作的時(shí)候轉(zhuǎn)化成了電池上的發(fā)熱。這個(gè)時(shí)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(shí)內(nèi)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(shí)發(fā)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(huì)比低電量時(shí)等量的0.2Wh的老化大,也很可能比低電量實(shí)際上的那1Wh帶來的老化小。

我能找到的有限的資料數(shù)據(jù)當(dāng)中,不太能看出在電量水平<20%的情況下,是高內(nèi)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(yīng)當(dāng)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(nèi)阻變化可以不計(jì),因此譬如保持電量在40%±20%之間循環(huán)比起保持在60%±20%更加有益。

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