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主動(dòng)均衡介紹

電池的離散性將影響電池組可用容量和電池組使用壽命,電池管理系統的均衡能力非常重要,也是目前電池管理系統中的難點(diǎn)。高特提出的雙向主動(dòng)均衡技術(shù)迄今為止是所有均衡技術(shù)中效率最高,綜合成本最低的一種方案,已申請多項相關(guān)專(zhuān)利,申請國家科研獎項。

雙向主動(dòng)均衡技術(shù)-智能控制策略

高特電子提出的雙向主動(dòng)均衡技術(shù),是迄今為止所有均衡技術(shù)中效率最高、綜合成本最低的一種方案,是基于單體電壓、單體 SOC、單體 SOH 以及歷史數據等因素的綜合均衡策略機制。該方案可以實(shí)時(shí)的對電池各項特征數據進(jìn)行分析,挑選出電池簇中需要進(jìn)行維護充電及維護放電的單體電池,通過(guò)需要均衡的程度執行主動(dòng)均衡,可快速提高電池簇內單體電池電壓和性能的一致性,同時(shí)提高電池堆性能的一致性,進(jìn)一步延長(cháng)電池系統的循環(huán)壽命和提升全生命周期內儲能系統的收益。

1.均衡無(wú)需分級,可實(shí)現簇內跨模組、跨PACK之間內任意單體間的雙向能量轉移,無(wú)需通過(guò)模組級二次均衡。

2.均衡母線(xiàn)和供電母線(xiàn)合二為一,同時(shí)兼容均衡線(xiàn)束和采集線(xiàn)束,無(wú)需增加額外線(xiàn)束,簡(jiǎn)化了工程施工難度和安裝維護成本。

雙向主動(dòng)均衡技術(shù)——經(jīng)濟效益分析

單體電池到8年后容量低于80%,加上主動(dòng)均衡后電池簇大約從第2年末主動(dòng)均衡開(kāi)始啟動(dòng),在均衡有效區間內,電池簇容量始終可保持單體電池容量5%的差距以?xún)?,直到?3年電池簇容量低于80%。與無(wú)均衡相比電池簇壽命延長(cháng)4年多(對應圖中C區間),提升量為30%,因此,主動(dòng)均衡對電池組壽命延長(cháng)明顯。

電池狀態(tài)SOX診斷技術(shù)

電池狀態(tài)SOX(SOC/SOE/SOP/SOH)是電池能源系統運行和決策的重要依據之一,也是BMS技術(shù)的難點(diǎn)。國內廠(chǎng)家通常算法是基于安時(shí)積分和OCV修正算法、或卡爾曼濾波算法,缺點(diǎn)是不能適應電池衰減的參數變化。很多電池廠(chǎng)更是以電池全壽命周期的測試數據閉環(huán)比對計算,缺點(diǎn)是測試成本高、任何電池參數變化就需要重新測試。

電池狀態(tài)SOX診斷技術(shù)-優(yōu)異的魯棒性

高特的電池狀態(tài)計算技術(shù)采用了一種全新的算法,具有自學(xué)習和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型特點(diǎn),能自適應各類(lèi)電池,實(shí)時(shí)學(xué)習電池參數,具有很好的收斂性和魯棒性。高特還創(chuàng )新性的提出SOS的定義,把電池的安全狀態(tài)作為電池的一個(gè)評價(jià)參數,可大幅提高電池系統的安全性。

左圖是對一個(gè)系統中的三節電池進(jìn)行驗證的效果圖,圖中真實(shí)值為黃色曲線(xiàn),紅、綠、藍為三節電池曲線(xiàn)。在第一次充電SOC=40%時(shí),對系統結果人為修改,對藍、綠電池添加了正15%和負15%的偏差,可以看到誤差曲線(xiàn)馬上跳到了17%,然后迅速被拉回。再次在SOC=90%的點(diǎn)插入誤差,正10%、負10%、負20%,也可以看到誤差被迅速拉低,系統表現出誤差干擾非常好的魯棒性。

電池安全狀態(tài)SOS診斷技術(shù)

迄今為止,電池的安全評估一直沒(méi)有被解決。高特在2017年創(chuàng )新性的提出了安全評估參數SOS(state of safety),并進(jìn)行了開(kāi)創(chuàng )性的研究工作。

SOS(State of Safety)是電池安全參數的綜合評估值。通過(guò)對每個(gè)單體電芯的電壓、溫度監測,結合SOC、SOH、R 、ΔR、T、ΔT 給出SOS的評估。

SOS = F[ SOC, SOH, ΔR, ΔT ]

通過(guò)建立電池失效及熱失控的判斷模型,及時(shí)給出電池安全評估參數,使控制系統采取必要的安全保護動(dòng)作達到系統的安全性。
 

常見(jiàn)問(wèn)題

Q&A

主動(dòng)均衡有幾種方式?
有電容、電感、和DC/DC幾種方式,以DC/DC為最佳,電路拓撲有很多種;
切換開(kāi)關(guān)選擇繼電器有風(fēng)險嗎?
有風(fēng)險。均衡電路可能頻繁動(dòng)作,繼電器受壽命影響容易發(fā)生黏連而引發(fā)電池短路故障。一般以MOS為佳,還應加上檢測電路,確保均衡電路可靠、安全。
主動(dòng)均衡對好的電池有效果嗎?
隨著(zhù)運行使用,電池組的離散性一定會(huì )逐步變大,導致電池組的容量一定小于單體電池容量,通過(guò)主動(dòng)均衡明顯能提升落后單體的容量而提升電池組容量,提升充放電深度,延長(cháng)電池組循環(huán)使用壽命;
主動(dòng)均衡的電流是否越大越好?
均衡的本質(zhì)是補償電池循環(huán)使用產(chǎn)生的差異,如果均衡所補償的容量超過(guò)差異,就可以達到均衡的目的。如電池容量200Ah,每次循環(huán)4h,差異0.5%,則均衡電流0.25A即可,考慮均衡時(shí)間的限制,設計均衡電流1~2A。
主動(dòng)均衡的效果如何評價(jià)?主動(dòng)均衡的效果取決于電流還是均衡策略?
目前還沒(méi)有量化評價(jià)的標準,但是可以從電路和均衡策略二個(gè)方面進(jìn)行評價(jià),電路效率越高,均衡策略越全面,均衡效果就會(huì )越好。由于電池堆存在充電、放電和靜止等狀態(tài),尤其在充放電平臺區,電壓離散性不大,因此均衡的效果取決于能否在電池全過(guò)程狀態(tài)下均可均衡,均衡策略的優(yōu)劣決定了均衡的效果,一般BMS以電壓為均衡策略,就無(wú)法在充放電平臺區對單體進(jìn)行均衡,因此均衡的時(shí)間比較有限(只能在充放電末期均衡),需提高電流來(lái)加速均衡;

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