除了對溫度敏感外，蓄電池最懼怕的操作是什么？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-05 14:43
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我們都知道，除了對溫度敏感外，蓄電池最懼怕的操作是過充電和過放電，無論是哪一種情況，都會對蓄電池造成不可恢復的損傷，特別是容量的損傷最為嚴重，對于同一塊電池，過充電和過放電經常是組合發(fā)生，一旦充電期間發(fā)生了過充電，那么放電期間在控制異常的情況下也會同樣發(fā)生過放電，一個充放電循環(huán)就發(fā)生兩次傷害，連續(xù)多個充放電循環(huán)后，電池受到的損傷將呈指數式形式加重，所以電池受到過充電或者過放電傷害后，電池組關鍵性能之一的容量將迅速下降，與實際應用相符。這一情況會使電池組的性能處于劣化狀態(tài)，俗稱一致性問題。如果電池僅僅是過充電和過放電，問題還不算嚴重，損失的主要是容量和續(xù)航時間，但由此帶來的熱失控風險問題卻不可忽視，必須高度重視，否則極容易發(fā)生事故。
為提高管理質量，重要電池組通常安裝BMS電池管理系統(tǒng)，雖然能對電池組包括單元電池的運行進行多種參數的監(jiān)控，例如電流、電壓、內阻、最高電壓、最低電壓、過壓預警、欠壓預警等，但這種系統(tǒng)大都具有嚴重技術缺陷，那就是無法對異常電池進行主動干預，管理作用沒有發(fā)揮出來。
近幾年，儲能、動力、梯次利用電池組的火災事故時有發(fā)生，特別是鋰電池組和梯次利用鋰電池組，經過事故分析，主要是由于熱失控故障引發(fā)，而引發(fā)熱失控的根本原因多是由于電池組的一致性問題引起的，雖然這些鋰電池組都配備了BMS，具有強大的監(jiān)控功能，但仍未避免事故的發(fā)生，可見，問題還是出現在BMS的設計缺陷和對一致性問題的管理欠缺上。
電池組一致性問題的解決方案有多種，理論和現實應用表明，最理想的解決方案電池均衡技術。儲能、動力、梯次利用電池組的容量和工作電流通常都比較大，當發(fā)生一致性問題后，需要的均衡電流是較大的，一致性問題越嚴重，需要的均衡電流就越大，如果均衡技術介入得早，在電池成組時就同步配套安裝，那么，較小的均衡電流也可以基本滿足。但如果電池成組時的一致性就不佳，則需要的均衡電流就要大一些，具體需要多大的均衡電流需要依據電池組的容量、一致性差異情況和實際工作電流而定，但如果支持的均衡電流較大，電池組的一致性表現將會非常好。
現有的各種電池均衡技術方案中，鑒于成本和技術因素通常都使用二極管進行續(xù)流，實現電流或電量的轉移，但二極管都具有較大的導通壓降，即使采用導通壓降較小的肖特基二極管，在大電流時（例如5A以上）的損耗也是非常大的，寶貴的電能都變成了熱量損耗掉了，還提升了設備的溫升，降低了設備的效率和可靠性，可見，在電池均衡器的設計上在提升均衡電流的同時還必須同時提升設備的工作效率。本文作者大膽創(chuàng)新，另辟蹊徑，開發(fā)出一種全新的特殊的雙向同步整流技術，應用在自行開發(fā)的轉移式實時電池均衡器設計上，不僅支持的均衡電流成倍提高，而且轉換效率大幅提升，同等均衡電流下的溫升更低，更重要的是，整個設備的成本遠遠低于同類型設計。這項最新技術已申請國家發(fā)明專利，并且已經應用在最新開發(fā)設計的單體2V鉛酸蓄電池組電池均衡器以及鋰電池組電池均衡器上，經過測試，2類電池均衡器單機可支持連續(xù)均衡電流高達20A以上，在20A滿負荷工作的情況下，2V鉛酸蓄電池組電池均衡器的均衡效率仍高達82%以上，全電流范圍內，平均效率在85——97%之間；而鋰電池均衡器的效率更高，滿負荷工作時的均衡效率高達90%以上。這種電池均衡器設計，支持電流擴展，以滿足更大均衡電流需求，也可以并聯使用。通過樣機在大容量電池組的實際應用測試，應用效果達到預期設計目標。附圖為24串2V600Ah電池組均衡測試圖，其中電池組上的白色裝置為設計均衡電流10A的2V鉛酸蓄電池專用均衡器樣機。這種高功率電池均衡技術通過高速分流技術均衡不同容量電池的電壓和容量，對于防控“熱失控”風險，提高電池組容量利用率和循環(huán)使用壽命非常明顯，同樣適用于超級電容器組的高速均衡，推廣和普及應用意義重大。
對于采用圓柱形電池的車輛來說，不可避免的要面對大量電池單體所帶來的電池控制問題，畢竟即便是采用21700電池也需要將幾千枚圓柱電池放在一起形成電池包，數量非常龐大。另外由于圓柱形電池在組合成電池組時需采用鋼殼，所以其重量相對較高，能量密度相較于另兩種形狀的電池有所不足。
方形電池
方形電池的可塑性會更強一些，它能根據產品的具體需求而進行定制化的設計。但這也導致了方形電池的大小不一，制造工藝標準也就沒有圓柱形電池那樣清晰。但也正因為其靈活性高，曾經長時間的應用在早期的新能源汽車中，車企可以根據車型不同而對電池尺寸進行定制化生產，而不用受到圓柱形電池標準的限制。方形電池也曾一度被認為是最適合新能源汽車應用的電池設計。
目前方形電池在很多車型上都得到了應用，比如寶馬的i系列車型、榮威ERX5、蔚來ES8，另外寶馬3系以及8系新能源車型，也都采用了方形電池技術，寶馬在當時也希望由此實現在新能源汽車上輕量化的目標。
軟包電池
軟包電池因為采用了疊加的制造方式，所以體積更小，能量密度更高，這對于我國新能源車市場的需求非常契合。軟包電池同樣可以像方形電池一樣進行定制。尤其是對于混動車型來說，在考慮整車布局和配重時，軟包電池的優(yōu)勢就更加明顯了。因為軟包電池追求更加纖薄的工藝，采用了比鋁外殼重量更輕的鋁塑膜包裝，其纖薄的程度你甚至可以用手感覺到內部液態(tài)電池的流動。更輕的電池組能讓整體車重更低，從而也為車企提供了更多的布局方法。隨著技術的進步，越輕的單體電池在兼顧能量密度上的空間也越大。
目前通用旗下別克的VELITE5/VELITE5、凱迪拉克CT6插電、XT5混動版車型、日產的軒逸純電都采用的是軟包電池?？傮w來說軟包電池更受韓系、美系車企青睞，現代以及通用汽車最新的新能源車型都采用了軟包電池。
到底哪種更高級？
在目前的新能源車市場中，圓柱、方形、軟包三種電池造型都有一定的使用比例，并沒有絕對的好壞之分，只能說是各有優(yōu)劣。
圓柱形電池由于發(fā)展時間較長，所以制造工藝也更加成熟，成本較低，同時也有固定的國際化標準來衡量產品優(yōu)劣。不過在電池布局以及能量密度方面，圓柱形電池都還有著進一步的提升空間。
而方形電池和軟包電池，雖然其在標準化上很難與圓柱電池相媲美，但其可以實現定制化的特點使其能夠更好地與車輛相協(xié)調，能夠滿足不同廠商不同車型的特殊需求。尤其是軟包電池，通過鋁膜外殼的使用能在保證安全的同時提高效率，但受成本的制約現在并沒有太多車企采用。圓柱、方形以及軟包電池對于市場而言都有各自的價值，但圓柱形三元鋰電池已經成為了目前的主流，這也是車企在權衡性能和成本后的折中選擇。
為提高管理質量，重要電池組通常安裝BMS電池管理系統(tǒng)，雖然能對電池組包括單元電池的運行進行多種參數的監(jiān)控，例如電流、電壓、內阻、最高電壓、最低電壓、過壓預警、欠壓預警等，但這種系統(tǒng)大都具有嚴重技術缺陷，那就是無法對異常電池進行主動干預，管理作用沒有發(fā)揮出來。
近幾年，儲能、動力、梯次利用電池組的火災事故時有發(fā)生，特別是鋰電池組和梯次利用鋰電池組，經過事故分析，主要是由于熱失控故障引發(fā)，而引發(fā)熱失控的根本原因多是由于電池組的一致性問題引起的，雖然這些鋰電池組都配備了BMS，具有強大的監(jiān)控功能，但仍未避免事故的發(fā)生，可見，問題還是出現在BMS的設計缺陷和對一致性問題的管理欠缺上。
電池組一致性問題的解決方案有多種，理論和現實應用表明，最理想的解決方案電池均衡技術。儲能、動力、梯次利用電池組的容量和工作電流通常都比較大，當發(fā)生一致性問題后，需要的均衡電流是較大的，一致性問題越嚴重，需要的均衡電流就越大，如果均衡技術介入得早，在電池成組時就同步配套安裝，那么，較小的均衡電流也可以基本滿足。但如果電池成組時的一致性就不佳，則需要的均衡電流就要大一些，具體需要多大的均衡電流需要依據電池組的容量、一致性差異情況和實際工作電流而定，但如果支持的均衡電流較大，電池組的一致性表現將會非常好。
現有的各種電池均衡技術方案中，鑒于成本和技術因素通常都使用二極管進行續(xù)流，實現電流或電量的轉移，但二極管都具有較大的導通壓降，即使采用導通壓降較小的肖特基二極管，在大電流時（例如5A以上）的損耗也是非常大的，寶貴的電能都變成了熱量損耗掉了，還提升了設備的溫升，降低了設備的效率和可靠性，可見，在電池均衡器的設計上在提升均衡電流的同時還必須同時提升設備的工作效率。本文作者大膽創(chuàng)新，另辟蹊徑，開發(fā)出一種全新的特殊的雙向同步整流技術，應用在自行開發(fā)的轉移式實時電池均衡器設計上，不僅支持的均衡電流成倍提高，而且轉換效率大幅提升，同等均衡電流下的溫升更低，更重要的是，整個設備的成本遠遠低于同類型設計。這項最新技術已申請國家發(fā)明專利，并且已經應用在最新開發(fā)設計的單體2V鉛酸蓄電池組電池均衡器以及鋰電池組電池均衡器上，經過測試，2類電池均衡器單機可支持連續(xù)均衡電流高達20A以上，在20A滿負荷工作的情況下，2V鉛酸蓄電池組電池均衡器的均衡效率仍高達82%以上，全電流范圍內，平均效率在85——97%之間；而鋰電池均衡器的效率更高，滿負荷工作時的均衡效率高達90%以上。這種電池均衡器設計，支持電流擴展，以滿足更大均衡電流需求，也可以并聯使用。通過樣機在大容量電池組的實際應用測試，應用效果達到預期設計目標。附圖為24串2V600Ah電池組均衡測試圖，其中電池組上的白色裝置為設計均衡電流10A的2V鉛酸蓄電池專用均衡器樣機。這種高功率電池均衡技術通過高速分流技術均衡不同容量電池的電壓和容量，對于防控“熱失控”風險，提高電池組容量利用率和循環(huán)使用壽命非常明顯，同樣適用于超級電容器組的高速均衡，推廣和普及應用意義重大。
對于采用圓柱形電池的車輛來說，不可避免的要面對大量電池單體所帶來的電池控制問題，畢竟即便是采用21700電池也需要將幾千枚圓柱電池放在一起形成電池包，數量非常龐大。另外由于圓柱形電池在組合成電池組時需采用鋼殼，所以其重量相對較高，能量密度相較于另兩種形狀的電池有所不足。
方形電池
方形電池的可塑性會更強一些，它能根據產品的具體需求而進行定制化的設計。但這也導致了方形電池的大小不一，制造工藝標準也就沒有圓柱形電池那樣清晰。但也正因為其靈活性高，曾經長時間的應用在早期的新能源汽車中，車企可以根據車型不同而對電池尺寸進行定制化生產，而不用受到圓柱形電池標準的限制。方形電池也曾一度被認為是最適合新能源汽車應用的電池設計。
目前方形電池在很多車型上都得到了應用，比如寶馬的i系列車型、榮威ERX5、蔚來ES8，另外寶馬3系以及8系新能源車型，也都采用了方形電池技術，寶馬在當時也希望由此實現在新能源汽車上輕量化的目標。
軟包電池
軟包電池因為采用了疊加的制造方式，所以體積更小，能量密度更高，這對于我國新能源車市場的需求非常契合。軟包電池同樣可以像方形電池一樣進行定制。尤其是對于混動車型來說，在考慮整車布局和配重時，軟包電池的優(yōu)勢就更加明顯了。因為軟包電池追求更加纖薄的工藝，采用了比鋁外殼重量更輕的鋁塑膜包裝，其纖薄的程度你甚至可以用手感覺到內部液態(tài)電池的流動。更輕的電池組能讓整體車重更低，從而也為車企提供了更多的布局方法。隨著技術的進步，越輕的單體電池在兼顧能量密度上的空間也越大。
目前通用旗下別克的VELITE5/VELITE5、凱迪拉克CT6插電、XT5混動版車型、日產的軒逸純電都采用的是軟包電池?？傮w來說軟包電池更受韓系、美系車企青睞，現代以及通用汽車最新的新能源車型都采用了軟包電池。
到底哪種更高級？
在目前的新能源車市場中，圓柱、方形、軟包三種電池造型都有一定的使用比例，并沒有絕對的好壞之分，只能說是各有優(yōu)劣。
圓柱形電池由于發(fā)展時間較長，所以制造工藝也更加成熟，成本較低，同時也有固定的國際化標準來衡量產品優(yōu)劣。不過在電池布局以及能量密度方面，圓柱形電池都還有著進一步的提升空間。
而方形電池和軟包電池，雖然其在標準化上很難與圓柱電池相媲美，但其可以實現定制化的特點使其能夠更好地與車輛相協(xié)調，能夠滿足不同廠商不同車型的特殊需求。尤其是軟包電池，通過鋁膜外殼的使用能在保證安全的同時提高效率，但受成本的制約現在并沒有太多車企采用。圓柱、方形以及軟包電池對于市場而言都有各自的價值，但圓柱形三元鋰電池已經成為了目前的主流，這也是車企在權衡性能和成本后的折中選擇。
