通過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試探索平衡的好處

圖 3：充電周期之后電池組 1 中電池的電壓

測(cè)試結(jié)果：電池組 2

第二個(gè)電池組評(píng)估時(shí)采用了無(wú)源平衡算法。在進(jìn)行任何平衡之前，電池組經(jīng)過(guò) 10 次充電 / 放電。電池組 2 的初始電壓如圖 4 所示。與電池組 1 不同 ，制造商沒(méi)有對(duì)這些電池的 SOC 進(jìn)行很好的匹配。遇到這種類型失配的可能性要大得多。電池組 2 需要平衡，然后才能提供總的潛在容量。這種情況是更加典型的。

圖 4：充電周期之后電池組 1 中電池的電壓

5 號(hào)電池與其余電池之間存在很大和高于 100mV 的不平衡。這種不平衡對(duì)電池的容量有極大的影響。在一個(gè)完整的周期之后，該電池組顯示所測(cè)得的容量為 1.765AHr。經(jīng)過(guò) 10 個(gè)周期之后，不平衡依然存在，平衡算法啟動(dòng)。平衡器給所有電池放電，以與 5 號(hào)電池匹配，經(jīng)過(guò)一個(gè)完整的充電周期之后，所記錄的 SOC 為 2.043AHr，與初始 SOC 相比有 16% 的改進(jìn)。平衡算法依然保持運(yùn)行，但是在接下來(lái)的 50 個(gè)周期中，校正作用非常小，50 個(gè)周期之后，所測(cè)得的容量為 2.044AHr。

即使經(jīng)過(guò)大量平衡周期之后，該電池組仍然沒(méi)有利用全部可能使用的能量。主要限制是，該平衡算法沒(méi)有考慮電池內(nèi)部電阻這個(gè)因素。1 號(hào)電池有較高的內(nèi)部電阻，總是在 5 號(hào)電池之前完成充電，從而使 5 號(hào)電池?zé)o法完全充電。在 50 個(gè)周期后，對(duì)平衡算法進(jìn)行修改，以觀察電池組容量是否能得到改善。平衡算法修改為，讓放電電阻器跨電池兩端連接，同時(shí)如果任何電池的電壓高于 Clow，就連接充電器。這允許比較薄弱的電池在充電器斷接之前獲得更多電荷，也是圖 2 中提到的導(dǎo)引充電電流方法的一個(gè)例子。這種充電策略的改變使可用容量提高到了 2.051AHr，并改善了平衡時(shí)間。該電池組再充電和放電 50 次，即總共 100 個(gè)周期，那么 100 個(gè)周期之后所測(cè)得的容量為 2.054AHr。電池組 2 的容量在測(cè)試過(guò)程中一直保持恒定，且當(dāng)平衡策略改善后，容量提高了。即使最初某節(jié)電池與其他電池嚴(yán)重失配，這種改進(jìn)依然可以實(shí)現(xiàn)。

結(jié)論

如果電池組物理上很小，電池節(jié)數(shù)很少，那么初始查驗(yàn)步驟就能保證在電池的壽命期內(nèi)使電池保持很好的匹配狀態(tài)。在小型電池組中，電池的負(fù)載和溫度條件一般是很好匹配的。測(cè)試顯示，少量不平衡將隨著充電 / 放電周期數(shù)的增加而增大，電池組 1 損失了 1.4% 的容量。第二個(gè)電池組從一開(kāi)始就顯示需要平衡硬件，如果沒(méi)有平衡硬件，電池組的效用就完全由電池制造商決定了，而且對(duì)電池組的誤差根本無(wú)法校正。在有平衡系統(tǒng)的情況下，電池組 2 能夠在測(cè)試中自始至終保持其容量，而電池組 1 的容量則穩(wěn)步下降?？傊?，在整個(gè)工作壽命期內(nèi)，平衡系統(tǒng)有助于擴(kuò)大電池組容量。對(duì)平衡算法的改進(jìn)可能包括使用電池特征數(shù)據(jù)以及特定電池的建模。這允許控制器更準(zhǔn)確地確定電池組中各節(jié)電池的能量水平，從而甚至當(dāng)使用相同的平衡電流時(shí)，也能使控制器更準(zhǔn)確地平衡電池，并縮短平衡時(shí)間。