磷酸锂鐵電池組均衡充電研究現狀

TIME: 2019-12-17 電池行業動態資訊

單體锂電池之間的容量差異是導致單體電池出現過度充電、過度放電的最根本原因，解決方法之一是對電池組進行均衡充電。目前，對均衡充電的研究主要側重于兩部分：一部分是對均衡充電電路拓撲的設計，另一部分是對均衡控制策略的研究。而目前的研究是側重于對均衡充電電路拓撲的設計，主要有電阻放電均衡法[5.19.20]、開關電容法2122]、開關電感法232]、雙向DC-DC變流器法P7-29]、多繞組變壓器法0-31]、集散式均衡法[B2.3]等。與此同時，各大半導體公司也推出了均衡控制集成芯片以及配套解決方案，如Atmel公司推出了ATA6870、ATA6871锂電池並聯電阻分流放電均衡方案，TI公司于2010年推出了BQ78PL1114、BQ76PL102開關電感法均衡方案等。

主要存在以下問題：

1）均衡時間是一個共同且嚴重的問題，多數達數小時之久；

2）現有的均衡技術大多數基于電池外電壓均衡，由于單體電池容量差異性的存在使得各單體電池充放電電壓外特性的不一致，尤其在單體電池充電後期單體電池電壓上升較快，使得利用電池外電壓作爲電池組一致性的判據存在均衡判據不穩定的問題。同時，研究表明該方法對均衡前後電池組可用容量的增加效果並不明顯；

3）實用性差，電路設計時不能兼顧電動汽車的使用工況，不能隨電池組串聯電池節數的增加而進行模塊化擴展等。

綜上所述，目前對動力電池組均衡充電的研究尚存在諸多問題，對均衡時間的縮短、電池組一致性評價的判據、以及對均衡充電控制策略的研究還需進一步的深入和提高。

動力锂電池組保護研究現狀

锂离子电池的安全性归根结底取决于锂离子电池材料的热稳定性，单体电池的不一致性使得動力锂電池并、串联成组使用时，其热稳定性问题尤为突出。由于锂電池材料特性决定了其对过热更为敏感，使得对锂電池使用的保护电路研究尤为重要。

针对動力锂電池组使用的保护问题，目前在电池产品设计和应用控制方面采取了一些措施。根据对电池耐过充性能的分析，发现电池正极材料耐过充性能越强相应电池耐过充性能就会越强，因此，为了提高锂電池的耐过充性能，一方面，在电池产品设计过程中使用PTC[B8]、Vent/CID等安全装置、采用耐过充的正极材料B9.40]、采用热封闭隔离膜、采用具有PTC效应的电极[4]、采用电压敏感隔离膜

[42]或者添加過充添加劑[434]。令一方面，爲了防止锂離子電池過度充放電，保證電池的使用安全性，在實際應用中，單只電池及電池組均加載保護電路，並使用專用充電管理系統。各大半導體公司也紛紛推出了锂離子電池保護集成管理芯片，如TI公司的bq77910、凹凸科技的OZ890等。該方法直接、有效，但並非萬無一失。尤其是對于高壓電動汽車使用場合，例如比亞迪公司即將推出的名爲“秦”的第二代雙模電動車，電壓等級已高達500V，電池數目多大幾百只，而任一節單體電池的管理失控都有可能帶來嚴重的安全問題。

另外，單體電池管理電路的能耗問題也逐漸成爲電池保護需要考慮的問題。針對單體電池管理電路存在的能耗問題，在單體電池管理電路中對單體電池電壓、溫度等參數檢測上進行了低功耗設計。然而，當電池組帶載過重輸出大電流，或是電池放置太久漏電使電池電壓很低（低于2.65V）時，此時並聯在電池兩端的單體電池管理電路仍將消耗電池電能，尤其是對于長期擱置不使用的電動汽車而言，此時並聯在電池兩端的單體電池管理電路將對電池組過度放電，直至將內部的單體電池放電至損壞狀態。目前國內外單體電池管理電路在單體電池過度放電時的自動掉電設計研究甚少，大多數電池管理方案是在電池組處于欠壓時，通過繼電器自動掉電。然而該方案存在的缺點是可靠性不高、能耗大。爲此，需設計一種自動切除掉電電路，該電路可做到當檢測到單體電池處于欠壓時，將單體電池管理電路從單體電池兩端切除。

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