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下限均衡锂电池梯次利用管理系统研究

范文

宋爱强王安亭郑海燕

摘要：将淘汰的锂电池进行分捡、整体评估，制成新的电池包，代替铅酸电车，利用电压继电器监测模块对电池包进行控制，实现了电池包的过压、欠压保护。最后完成装车试验，进行数据对比，得出锂电池梯次利用管理系统结论。

关键词：锂电池;梯次利用;下限均衡

中图分类号：TK-9? ? ? 文献标识码：A? ? ? ?文章编号：1009-3044（2018）34-0234-02

1引言

目前市场上的电池包通常是因为一支或几支电池损坏而导致整个电池包无法使用。且大多数的电池管理方法采用电压上限管理作为电压均衡管理[1]，此方法设计复杂，系统成本高，安装应用复杂、占用空间多，必须专业人员调试，不同的电池包管理系统很难相互通用[2]。

单体电池电压下限均衡的电池管理方法，包括电池分捡、组装、电压均衡以及电池包电压的监测。此管理系统设计简单、制造成本低、应用空间小，可以大规模生产且适用于多种锂电池产品。

2系统工作原理

本设计采用的电池均衡方式为电池单体电压下限均衡。电池电压下限均衡是使其单只或成组的电池电压误差维持在一定范围内，从而保证每组单体电池在充放电过程中保持相同形态，防止过充、过放的情况发生[3]。对所选用的电池，采用恒流放电，放电率为5A，终止电压为2.80V，当单体电池电压下降到2.80V时，停止放电。一段时间后电压会反弹升高，然后再继续放电至2.80V，反复循环操作，直到单体电池的电压为2.80V不反弹为止，此过程为电池单体电压下限均衡。

3锂电池管理系统的设计

3.1电池包的组装

试验用车为常见的低速电动车，根據电机的额定功率、额定电压，确定电池电压。选取容量一致、内阻一致、自放电一致的锂电池，采用3并4串的电池连接方式，制成电压为12V的锂电池包。

将满足要求的电池包进行充放电试验。充电时，电池单体达到最高电压3.65V时，停止充电并记录电池包的总电压（假设为60V）;放电时，电池单体达到最低电压2.60V时，停止放电并记录电池包的总电压（假设为40V）。使用调压配置卡设定此电池包的最高电压为60V，最低电压为40V，采用继电器对电池包进行保护。

3.2电池包的检测与控制设计

图1中监测模块对电池包进行整体的检测，检测模块检测到电池达到设定的工作电压的上限或下限电压时，检测单元工作，保护电池包。

4装车试验数据

4.1续航的对比

4.1.1 单体电池的对比

由表1得，锂电池体积小，循环次数多，温度适应能力强，稳定性高，且无污染。

4.1.2 装车试验数据

采用熊猫电动车做电池续航能力对比。

[整备质量：695Kg 电池类型：铅酸电车额定功率：3KW 额定容量：100Ah 标准电压：60V 续航里程：100-120Km 电池数量：6块 ]

分别采用铅酸电池和重组的锂电池进行试验。将梯次利用组装的锂电池装在电动车上，在保证额定电压、额定容量的条件下，模拟上下班两次，后三次做电池的充分放电试验（充满电后一直放电，直到断电保护为止）。采用相同的试验方法，将电动汽车更换为铅酸电池，得到试验数据。如图2所示。<E：＼知网文件＼电脑＼电脑34＼7xs201834＼Image＼image2.pdf>

从图2中看出，锂电池稳定性高，续航能力强。

4.2 衰减对比

由图3可以看出磷酸铁锂电池衰减幅度比铅酸电池小。

4.3 循环次数对比

在理想的状态下，铅酸电池的循环次数为300-600次，锂电池循环次数为1200-2000次。

梯次利用的锂电池容量在原来容量的80%左右，即容量大约为120Ah。在锂电池容量为120Ah的状态下，与铅酸电池同样在120Ah的情况下做了循环次数的试验。试验循环次数为500次。对比两种电池所发生的变化。如图4所示。

由图4知循环500次后铅酸电池为72Ah，磷酸铁锂的电池容量为96Ah，在试验次数到达500次时铅酸电池出现了膨胀，而锂电池并未出现。梯次利用的锂电池在循环寿命方面能最终能达到800次以上，相比而言，梯次利用的锂电池循环次数比铅酸电池的循环次数更长。

4.4 价格对比

通过电池包的组装及成本的计算，梯次利用重新组装的锂电池包再加上保护装置之后的价格约为1202元，比起市场上同样容量的铅酸电池包而言要便宜很多。

5 结论

通过多项试验证明了梯次利用的磷酸铁锂电池的续航能力要比铅酸电池高很多，磷酸铁锂电池衰减比铅酸电池缓慢，说明其稳定性强。在循环次数的对比中得到了梯次利用的锂电池可循环次数更多，且电池不易膨胀，装车之后在不考虑人工费情况下，锂电池要比铅酸电池便宜。

下限均衡锂电池梯次利用管理系统，经过试验验证，证明了其实用性与可行性。

参考文献：

[1] 范超，付虹.电动车电池能源管理系统的研究[D].长春工业大学，2015.

[2] 林思岐，姜久春.电池均衡电路的研究应用[D].北京交通大学，2013.

[3] 刘璐，李相俊，贾学翠.梯次利用储能电池管理技术与试验应用[J].中国电力科学研究院电工与新材料研究所，2106（1）.

【通联编辑：光文玲】

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