高效电池均衡器技术在梯次储能蓄电池中的应用
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电池均衡技术可提高电池组的使用寿命、延长电池组的使用时间，适用于大容量镍氢、2V铅酸电池、锂电池、6V铅酸、12V铅酸等电池组以及超级电容器组。 梯次电池与选用 梯次电池是指已经使用过并且达到原生设计寿命，通过其他方法使其容量全部或部分恢复继续使用的蓄电池。 一般使用5年后的电池，它的有效容量在80%左右。电池的自然衰减进入平稳期，完全可以按照小容量电池使用，通过一定数量电池的并联使用，可利用容量获得数倍的提高，完全满足储能和动力需要，这一点与电动汽车为了增加续航里程，采用大量并联电池增加电池容量的道理是相同的。 电池组在使用5年后，可用容量和续航时间明显缩短，用户和经销商通常整体更换，殊不知，并不是一个电池组内的所有电池都需要更换，只是其中的一块或几块电池容量严重衰减影响了整个电池组，如果有多个这样的电池组，通过检测剔除严重衰减的电池，其它电池通过分容和内阻检测，完全可以重新梯次利用。动力电池的梯次利用明显延长电池的使用效率和生命周期，减少电池所带来的环境污染，被誉为是目前和今后的重点发展对象。 动力电池再利用是动力电池产业链形成闭环的关键环节，在环境保护、资源回收和提高动力电池全寿命周期价值等方面都具有重要价值。退役后的动力电池经过测试、筛选、重组等环节，仍然有能力用于低速电动车、备用电源、电力储能等运行工况相对良好、对电池性能要求较低的领域。 随着新能源汽车推广应用力度的不断加大，每年将产生大量退役电池，动力电池梯次利用的概念应运而生并受到广泛关注。 梯次电池利用能提高电池的利用率，延长电池的生命周期，无论是节能方面还是环保方面意义重大，但是梯次电池利用必须注意一些事项： 1、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。 2、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。 3、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。 由于梯次电池的容量普遍低于标称容量，为获得足够的容量，需要使用数量更多的电池通过合适的串并联来达到设计容量，因此需要根据技术条件来装配。 装配方式一：先并后串，如电动汽车用电池组采用此方式。 装配方式二：先串后并，常用于数据中心或机房。 两种装配方式各有优缺点，适合不同环境： 先并后串的缺点：单元电池连接线和汇流排的选择非常重要，否则会造成电池充放电的差异，个别电池漏电流(或故障)会影响一个并联单元，对容量的影响比较大，直接影响续航时间(里程);优点：易于管理，如果增加电池均衡器只需要一组(套)即可。 先串后并的优点：连接方便，检修方便，能够快速检测和处理故障电池，易于维护，每一串中的单元电池容量均可以不同，电池利用率高，容量(功率)可以任意扩充，增加后备时间，提高可靠性，特别适合数据中心;缺点：如果增加电池均衡器需要多组(套)。 4、下列电池不能复用：一是漏电流大(或自放电率高)的电池;二是外观发生形变，如外壳膨胀的电池;三是发生漏液的电池。 梯次电池均衡 梯次电池的筛选即使非常严格，也难以保证电池的一致性，即使一致性极佳的电池装配在一起，几十个充放电循环后仍然会发生不同程度的差异，并且这种差异会随着使用时间的延长逐渐加重，一致性会越来越差，明显表现为电池间的电压差逐渐拉大，有效充放电时间越来越短。大量检测数据发现，一致性变差的电池组具有如下特点： 1、单元电池的电压呈现明显高低错落、不规则分布; 2、单元电池的剩余容量大小呈现不规则离散型分布; 3、单元电池的内阻大小同样呈现不规则离散型分布。 通过对检测数据的进一步统计发现，造成电池失衡的最大杀手： 1、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； 2、剧烈充放电，加速电池间差异的扩大。 储能电池组的容量都非常大，以标称500Ah电池组为例，假设电池的最大容量和最小容量的差异是50Ah,其他电池间的差异在5至10Ah不等，则系统的最大有效放电容量为450Ah(暂定其编号为D电池，下同),假设放电电流50A,则理论最大放电时间约为9h。超过这一时间，D电池将达到放电截止电压，进入过放电状态，如果继续放电，将严重伤害D电池，其最大有效容量将急剧减少，从而进一步降低电池组的最大有效容量。这里面还涉及到一个放电倍率的问题，最大容量电池的放电倍率是0.1C,D电池的放电倍率0.11C,其他电池的放电倍率则处于0.1C～0.11C之间，放电倍率的不同，使每块电池的衰减程度就不同，这将导致电池的差异和一致性逐渐扩大，并且呈加速趋势。同样，充电期间，按0.1C倍率充电，D电池的充电倍率达到0.11C,处于最大，最先达到充电限制电压，继续充电将进入过充电状态，对D电池造成进一步的损坏，其他电池充电倍率则为0.1C～0.11C之间，充电倍率的不同将加剧电池的差异和一致性扩大，并且呈加速趋势。 |
