怎么使电池组容量效率最大化?

电池组的容量/能量效率最大化是指将电池包中所有串联电池设置为相同的SOC,即使它们的容量不同。在所有时间内管理SOC,使电池组的输出能量达到最大。为了使电池组输出能量最大化,所有的电池电芯都必须充满电。即,所有电池的SOC必须为100%。如果电池的容量不同,一些电池的充/放电就会比其它电池更多。例如,假设一个电池包有三个串联电池,C1>C2=C3。均衡这个电池包的唯一方法是给容量较高的电池(C1)施加一个差分充电电流。

在电池包放电时也必须如此,否则当容量最小的电池达到关断电压时,整个电池包便会停止放电,而此时其它电池仍有剩余容量,这样使总容量降低。长此以往,容量最小的电池便会比其它电池性能衰退更快,经过多个充/放电周期后将加速容量损耗。

通过匹配串联电池的电压,将从高容量电池汲取更多电流。放电时要求通过均衡消耗掉一些额外的电压,在最后当所有电池都达到0SOC时,从电池包中获得的总电能相对于均衡前仍然会增加。

通常圆柱形锂离子电池(cylindrical cell)的质量控制通常都较好,电池容量差别不超过±3%。输入容量基本上比较精确,差别不超过几个mAs(毫安·秒)。因此,电池容量绝对值也基本准确,SOC的差异在几个百分点以内。

锂离子材料的化学属性本身并不会造成电池不均衡问题,也不具有可逆自放电机理。但是,锂离子电池还必须经过一个过程才能使性能稳定,并将产生不可逆损耗,多数此类损耗都出现在电池出厂之前。高温放电以及在室温下放置过久也会出现少量此类不可逆损耗,这种损耗的最大比例在10%以内。所有同时入库或同时使用的电池发生这种损耗的机率一样,因此这种情况不会引起电池不均衡问题。在出现不可逆损耗时还伴随着少量可逆损耗,二者之间存在着某种比例关系。大部分在工厂中出现的可逆损耗在进行电池容量分类前已经被再次充电,因此这类损耗非常小,而且每个电池都一样,不会引起电池不均衡问题。

引起电池不均衡的另一个原因是电池在装配前被闲置过久,而如果将若干批生产时间不同的电池放到同一个电池包中将会加重这种不均衡。在这种情况下,通过容量分类但尚未装配的具有不同可逆损耗的电池将随着时间的推移累计更大的差异。即使在装配成电池包后,如果包中的电池变化很大(尤其是当电池包放置过久),随着时间推移,电池包内的电池不均衡也会加重。

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