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主動均衡介紹

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(tǒng)的均衡能力非常重要,也是目前電池管理系統(tǒng)中的難點。高特提出的雙向主動均衡技術(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)專利,申請國家科研獎項。

雙向主動均衡技術(shù)-智能控制策略

高特電子提出的雙向主動均衡技術(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(shù)據(jù)等因素的綜合均衡策略機制。該方案可以實時的對電池各項特征數(shù)據(jù)進行分析,挑選出電池簇中需要進行維護充電及維護放電的單體電池,通過需要均衡的程度執(zhí)行主動均衡,可快速提高電池簇內(nèi)單體電池電壓和性能的一致性,同時提高電池堆性能的一致性,進一步延長電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命和提升全生命周期內(nèi)儲能系統(tǒng)的收益。

1.均衡無需分級,可實現(xiàn)簇內(nèi)跨模組、跨PACK之間內(nèi)任意單體間的雙向能量轉(zhuǎn)移,無需通過模組級二次均衡。

2.均衡母線和供電母線合二為一,同時兼容均衡線束和采集線束,無需增加額外線束,簡化了工程施工難度和安裝維護成本。

雙向主動均衡技術(shù)——經(jīng)濟效益分析

單體電池到8年后容量低于80%,加上主動均衡后電池簇大約從第2年末主動均衡開始啟動,在均衡有效區(qū)間內(nèi),電池簇容量始終可保持單體電池容量5%的差距以內(nèi),直到第13年電池簇容量低于80%。與無均衡相比電池簇壽命延長4年多(對應圖中C區(qū)間),提升量為30%,因此,主動均衡對電池組壽命延長明顯。

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(tǒng)運行和決策的重要依據(jù)之一,也是BMS技術(shù)的難點。國內(nèi)廠家通常算法是基于安時積分和OCV修正算法、或卡爾曼濾波算法,缺點是不能適應電池衰減的參數(shù)變化。很多電池廠更是以電池全壽命周期的測試數(shù)據(jù)閉環(huán)比對計算,缺點是測試成本高、任何電池參數(shù)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,具有自學習和神經(jīng)網(wǎng)絡模型特點,能自適應各類電池,實時學習電池參數(shù),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)作為電池的一個評價參數(shù),可大幅提高電池系統(tǒng)的安全性。

左圖是對一個系統(tǒng)中的三節(jié)電池進行驗證的效果圖,圖中真實值為黃色曲線,紅、綠、藍為三節(jié)電池曲線。在第一次充電SOC=40%時,對系統(tǒng)結(jié)果人為修改,對藍、綠電池添加了正15%和負15%的偏差,可以看到誤差曲線馬上跳到了17%,然后迅速被拉回。再次在SOC=90%的點插入誤差,正10%、負10%、負20%,也可以看到誤差被迅速拉低,系統(tǒng)表現(xiàn)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有被解決。高特在2017年創(chuàng)新性的提出了安全評估參數(shù)SOS(state of safety),并進行了開創(chuàng)性的研究工作。

SOS(State of Safety)是電池安全參數(shù)的綜合評估值。通過對每個單體電芯的電壓、溫度監(jiān)測,結(jié)合SOC、SOH、R 、ΔR、T、ΔT 給出SOS的評估。

SOS = F[ SOC, SOH, ΔR, ΔT ]

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

常見問題

Q&A

主動均衡有幾種方式?
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;
切換開關(guān)選擇繼電器有風險嗎?
有風險。均衡電路可能頻繁動作,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。
主動均衡對好的電池有效果嗎?
隨著運行使用,電池組的離散性一定會逐步變大,導致電池組的容量一定小于單體電池容量,通過主動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,延長電池組循環(huán)使用壽命;
主動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?shù)娜萘砍^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,考慮均衡時間的限制,設計均衡電流1~2A。
主動均衡的效果如何評價?主動均衡的效果取決于電流還是均衡策略?
目前還沒有量化評價的標準,但是可以從電路和均衡策略二個方面進行評價,電路效率越高,均衡策略越全面,均衡效果就會越好。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(qū),電壓離散性不大,因此均衡的效果取決于能否在電池全過程狀態(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,就無法在充放電平臺區(qū)對單體進行均衡,因此均衡的時間比較有限(只能在充放電末期均衡),需提高電流來加速均衡;

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