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铅酸电池串联使用存在的普遍问题及解决方案--- 铅酸电池均衡的应用
发布日期: 2019-10-14    点击率:58

1、为了降低电池电流,增加电池输出功率,大都采用串联电池(组)使用,提高电源电压,降低电池(组)输出电流,减少电流瓦特损耗,提高电池(组)输出功率。

电池输出功率W=I×V---------------

其中              W是电池(组)输出功率,

I是电池(组)输出电流,

V是电池(组)输出电压。

   从①式可以看出当电流I恒定时,电压V越大,输出功率W越大。所以现在普遍使用48V60V72V电池(组)电压以提高电池输出功率,减少电流输出损耗,提高续航时间。

2、串联电池使用时,要求各个单体电池的特性基本相同,必须进行挑选配对使用。

3、铅酸电池的最佳平均输出电流应该小于等于标称电池容量的1/3。例如100Ah的电池,最佳输出平均电流大于标称电池容量的1/3,电池寿命将会缩短,长期超范围使用 电池就会损坏。例如512V100Ah电池串联作为60V系统使用,组成一个60V100Ah电池组。最大平均输出电流是100×(1/3=33A。整机厂设计电机功率应该按照这个原则选配电池,或者按照电池大小选配电机功率。

4、电池组充满电后放电,放电曲线如图3


3  电池组放电曲线


注:非比例视图。

由图3可以看出,各个电池在t2时刻之前,放电特性是基本一致的,这是因为电池组的单体电池是经过挑选配对组装的。T2之前的放电功率,每块单体电池也是一致的。T2之前电池组工作是正常的。

t2之后红色的一号电池容量率先耗尽,电压开始急剧下降,使得电池组电压下降,内阻增加,实际电池组出力只有4块电池。一号电池不但不能输出功率,而成了消耗功率的部件。这时应该停止继续放电,进行充电。这时如果继续保持电池组输出功率不变,继续输出功率,其输出功率只能由4块电池承担(并且更多)。这样2~54块电池的输出平均电流会达到41.25A。超过了允许的平均放电电流值。同时1号电池也因为过放电产生严重损伤。

如果继续放电至t3时刻,一号、二号电池容量耗尽,3~53块电池的输出平均电流会达到55A。大大超过了允许的平均放电电流值。造成3/4/5号电池加速损坏,同时12号电池也因为过放电产生严重损伤。这个电池组用不了多长时间就会不可逆转的损坏。所以使用铅酸电池时,一定不要过放电,只能最大使用到t2时刻之前。不能超过t2

另外过度的超低压放电会严重损害电池,缩短电池使用寿命。

所以,电池组放电时绝对不能超过t2时刻

有人说:加上主动均衡器,把单只落后的电池补起来不就可以了吗。是的可以补起来,但是补充的能量从哪里来?是从其他不落后的电池得来,这同样会造成其他容量高的电池的超电流输出,损坏其他能量高的电池(结果同4、)。所以,最好的方法就是放电不要超过t2时刻。

5、串联电池组的充电。


串联电池组充电时,充电器使用的是一个充电器,充电电流方式有
3段、6段等等不同,但是充电停止电压是固定的,是按照串联电池的个数乘以单体平均电压值计算的。当单体电池充电电压出现差异时,如图4,必然导致电池组的各个单体电池充电不一致,从而导致有的过充、有的充不满,长此循环下去,电池组单体电池差异越来越大,造成电池损坏。在充电的末端出现分叉是普遍存在的问题,也是电池组寿命缩短的主要问题。这是铅酸电池迫切需要解决的一个问题。如果这个问题解决,可以大大延长电池组使用寿命吗?


是可以大大延长电池组使用寿命的。解决这个问题的方法很多。

例如:①使用多个充电器对各个单体电池分别充电,这需要多个充电器同时接入工作,达到各单体电池充电一致的目的。

②把各个单体电池充电时并联起来,用一个充电器充电,充满后,再恢复串联连接,这样做也可以做到单体电池电压一致的目的。但线路连接和操作复杂。

    以上两种做法有人做过,效果是很好的,但由于结构复杂成本高所以目前很少使用。

现在向大家介绍一种可以实现上述功能的产品。这种产品的专利号:()。其工作原理是把串联电池组的单体电压隔离取出,进行比较,将单体电池电压高的电池能量(以电流的形式)向单体电池电压低的输送,达到均衡的目的。这类似于上述方法②,电池的并联(电源),只是各个单体电池并联时有一个均流电阻(我们称作均衡内阻),这个均衡电阻一般小于1Ω。有了这个并联电源,在只有一个总充电器充电情况下,可以实现电池组单体电池的并联调节,达到电池组单体电池电压一致充满的目的。如图5



下面是某电动车(72V32A)自2017.9~2019.9使用均衡器的曲线(图6

6 安装均衡器使用近2年的容量与温度关系曲线。

已经行驶22690.4公里(截止2019.9.7),释放能量534.518kw.h。(电池释放的电量)

单体电池(静止)电压:V1=13.3V

                      V2=13.4V

                      V3=13.2V

                      V4=13.3V

                      V5=13.3V

                      V6=13.5V

电池组单体电压基本一致。如果安照充放电次数计算,

     60%放电率,整组72×32=2.3kw.h2.3×0.6=1.38kw,h

                534.518÷1.38=387.33(次)

超过了理论放电次数300~500次的下限。

     100%放电率,整组72×32=2.3kw.h

                534.518÷2.3=232.4(次)

没有超过了理论放电次数300~500次的下限。

我们遵循放电不超过t2时刻,充电时,加上均衡器,这组电池得以使用2年,行驶22000多㎞。没有损坏,目前还在使用。

上一组电池,没有装均衡器,遵循放电不超过t2时刻,只行驶了9000多公里,损坏更换了。这说明充电时保证单体电池电压的一致,是延长电池使用寿命有效手段,是非常关键重要的,有效的。

 

 

 

232Ah电池为例,使用1年后,1#容量20Ah2#容量15Ah。串联使用。2#放电至10.5V,停止放电。停10分钟,开始充电。2节串联充满电压29V。单节平均电压14.5V。图1,不加均衡。图2,加均衡。非比例视图。

 

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