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解决梯次利用储能电池组安全运行的关键设备_高效

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-10-04 13:46:25    作者:本站小编:杨旭    浏览次数:314
导读

 随着电动汽车电池组报废期的到来,大批量车用动力电池将进入退役和更换周期,如何有效处理这些退役电池将是一项艰巨工作。  电池有一个特性,称之为衰减,由于制造工艺的原因,每块电池的漏电流和衰减速度都不相

 随着电动汽车电池组报废期的到来,大批量车用动力电池将进入退役和更换周期,如何有效处理这些退役电池将是一项艰巨工作。

  电池有一个特性,称之为衰减,由于制造工艺的原因,每块电池的漏电流和衰减速度都不相同,有的衰减速度快,有的衰减速度慢,再加上容量的一致性同样存在差异,所以一个电池组中总会有个别电池快速衰减,提前报废,而大多数电池则衰减速度相对较慢,容量相对稳定,仍具有较高的使用价值,只是由于个别电池的问题而导致整个电池组无法正常使用。

  以108串的400V电池组为例,当彻底无法使用的时候,实际上只是其中的一组或几组电池出现了严重问题,其它组电池仍处于良好状态;再如各种通讯基站或中心使用的由单体2V铅酸蓄电池组成的24串48V电池组,往往都是一、两块电池故障导致整个电池组异常,无法正常使用;这样的电池组整组直接报废实在是太可惜了,其它电池完全可以通过容量和性能检测进行分类,进行梯次利用,例如用于电站储能、后备电源储能等等,甚至还可以继续重复使用。

  电池的梯次利用,将充分发挥完好电池的余热,将电池的循环使用寿命最大化,既提高了电池的利用率,又减少了电池的报废数量,特别是对保护环境意义重大。

  然而,一个现实又摆在我们面前,电池的梯次利用并没有想象中的那么简单,使用梯次电池非常繁琐,有很多问题需要解决,费力而且不容易达到预期效果,远没有直接使用成品电池来得方便。

  第一、报废电池组的安全拆解。必须由专业人士进行,确保安全拆解,并且不伤害电池。

  第二、可利用电池的检测和分类。需要逐一安全分离,通过检测和分类,剔除问题电池,并对可利用电池进行容量、内阻、电压进行分类和分档,以便进行梯次利用。

  第三、可利用电池的二次成组。梯次电池利用必须注意一些事项:

  一是尽可能采用基本单元电池(cell),如2V单体铅酸蓄电池,各种锂电池,包括磷酸铁锂电池、钛酸锂电池、三元锂电池、钴酸锂电池、锰酸锂电池等。以多个单元串联后封装一体的电池,如6V铅酸蓄电池(3个2V单元)和12V铅酸蓄电池(6个2V单元),不太适合梯次利用,主要是因为这些电池的内部为多串电池,自身就存在不均衡的问题,无法通过外部解决。

  二是必须遵循同类型电池成组原则。成组电池必须是相同类型的电池,即电池的工作电压区间必须相同。工作电压区间不同的电池不能出现在同一电池组中,即使容量相同也不能混用。

  三是有条件的情况下,成组电池组装前要进行容量、电压和内阻测量,尽可能选择容量和内阻接近的电池,减少复用期间一致性差异的扩大。

  第四、不同型号电池严禁混合使用。例如磷酸铁锂电池、钛酸锂电池,尽管存在外形相同的情况,但工作电压范围差异很大,不可以混用,同样,不同容量的2V单体蓄电池也不建议混用。

  第五、梯次利用电池成组后的安全运行管理。电池组运行期间的最大风险是电池的过充电引起的热失控故障,有效管控热失控是电池组安全运行管理的核心。

  梯次电池筛选即使非常严格,也难以保证电池的一致性。造成电池失衡的最大杀手一是电池的温度差异,电池组的安装通常都比较密集,每个部位的电池温度都不相同,影响电池的一致性发挥,加速电池间差异;二是剧烈充放电,加速电池间差异的扩大;

  阶梯利用储能电池组的容量都非常大,如果电池组在运行期间能维持每一块电池都不发生过充电和过放电,那么电池组的有效容量和放电时间就能得到保证,始终处于自然衰减状态,由此可见,电池均衡对于电池组的正常安全运行是至关重要的。然而,有效的电池均衡技术进展很不平衡,特别是在均衡电流和均衡效率上,尽管有些方案已经采用了同步整流技术,但最大均衡电流多局限在5A以内,连续均衡电流只有1-3A,满足不了大容量储能电池组的均衡需要,由于必须支持双向均衡,电流转换效率通常也不高,较大均衡电流下的自身发热问题仍比较突出,还有一个重要障碍就是设备成本,由于多数采用了同步整流芯片,成本增加不少。

  目前,一种大功率、高效率、实时、动态转移式电池均衡器技术已由大庆市交通运输局的周宝林同志历经多年研制成功。它以国家专利技术(专利号201220153997.0和201520061849.X)为核心,又融入了自行发明的双向同步整流技术(已申请发明专利:一种具有双向同步整流功能的转移式实时电池均衡器,申请号:201710799424.2),这是一种不需要同步整流芯片的特殊双向同步整流技术,不仅设备成本大幅度降低,而且将均衡电流和均衡效率大幅度提升。实现了均衡技术关键指标上的突破,具有以下特点:

  一是均衡电流范围大。均衡电流大就意味着均衡速度非常快,见附表。目前增强版锂电池均衡器已实现均衡电流与电压差的关系约为1A/13mv,例如电压差达到130mv时,均衡电流可以达到10A左右,特别有利于高速均衡。

  二是均衡效率高。均衡效率高意味着电能的损耗更少,利用率更高,设备的温升更低,见附表(注:随着优化的不断进行,均衡电流和均衡效率还在继续上升)。

  三是实时动态均衡。电池组静止状态下,可以将组内最大电压差控制在10mv以内甚至更小(取决于基准电压差的设定),并进入微功耗待机检测状态,电池组无论是在充电状态,还是在放电状态,一旦检测到电压差大于基准电压差,立即进入高速均衡状态,实时动态均衡的最大好处是有效均衡时间长,均衡器的效率最高,其独特的脉冲技术对电池具有良好的养护和容量提升效果,已经得到应用的检验。

  目前,作者正在按计划进行更强均衡电流的电池均衡器设计工作,计划将均衡电流提高到15~20A。以满足超大容量电池组均衡和安全运行需要,特别是防范热失控故障的发生。

 
(文/本站小编:杨旭)
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