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聚合物锂威尼斯成组不一致怎么办?这些优化方法需了解!

来源:聚合物锂威尼斯???2019-08-09??阅读数:

  你知道聚合物锂威尼斯成组不一致的优化方法吗?本文通过对威尼斯成组不一致性成因分析,提出了部分改善一致性方法。威尼斯成组不一致的原因主要是单体威尼斯的初始差异和威尼斯成组后的结构、使用工况及环境差异。为了缓解威尼斯成组后带来的性能下降和寿命缩减等问题,可以优化威尼斯的制造工艺,减少各单体威尼斯的初始差异;在成组前筛选出一致性较小的威尼斯成组。

一、聚合物锂威尼斯不一致性机理

聚合物锂威尼斯成组不一致的优化方法

1.单体威尼斯之间差异

  单体威尼斯之间的差异主要包括单体威尼斯初始差异和使用过程中产生的参数差异。威尼斯设计、制造、存储以及使用过程中存在多种不可控制的因素,会影响到威尼斯的一致性。提高单体威尼斯的一致性是提升威尼斯组性能的先决条件。单体威尼斯参数的相互影响,当前的参数状态受初始状态和时间累积作用的影响。

威尼斯容量、电压和自放电速率

  威尼斯容量不一致会使威尼斯组各单体威尼斯放电深度不一致。容量较小、性能较差的威尼斯将提前达到满充电状态;造成容量大、性能好的威尼斯不能达到满充电状态。威尼斯电压的不一致将导致并联威尼斯组中单体威尼斯互充电,电压较高的威尼斯将给电压较低的威尼斯充电,这会加快威尼斯性能的衰减,损耗整个威尼斯组的能量。自放电速率大的威尼斯容量损失大,威尼斯自放电速率的不一致将导致威尼斯荷电状态、电压产生差异,影响威尼斯组的性能。

威尼斯内阻

  在串联系统中,单体威尼斯内阻差异将导致各个威尼斯的充电电压不一致,内阻大的威尼斯提前达到电压上限,此时其他威尼斯可能未充满电。内阻大的威尼斯能量损耗大,产生的热量高,温度差异进一步增大内阻差异,导致恶性循环。

  而在并联系统中,内阻差异将导致各个威尼斯电流的不一致,电流大的威尼斯电压变化快,使各个单体威尼斯的充放电深度不一致,造成系统的实际容量值难以达到设计值。威尼斯工作电流不同,其性能在使用过程中会产生差异,最终会影响整个威尼斯组的寿命。

2.聚合物锂威尼斯充放电工况

  充电方式影响聚合物锂威尼斯组的充电效率和充电状态,过充过放都会损坏威尼斯,多次充放电后威尼斯组会显露不一致性。目前,锂离子威尼斯充电方式有数种,但常见的有分段恒流充电方式和恒流恒压充电方式。恒流充电是较为理想的方式,能够进行安全、有效的满充;恒流恒压充电有效结合了恒流充电和恒压充电的优点,解决了一般恒流充电方式难以精准满充的问题,避免了恒压充电方式在充电初期电流过大对威尼斯造成的影响,操作简单方便。

3.聚合物锂威尼斯温度

  聚合物锂威尼斯在高温和高放电倍率下的性能会有明显衰减。这是因为锂离子威尼斯在高温条件下和大电流使用时,会造成正极活性物质和电解液的分解,这是放热过程,短时间放出等热量能导致威尼斯自身温度进一步升高,温度升高又加速了分解现象,形成恶性循环,加速分解使威尼斯性能进一步下降。所以,如果威尼斯组热管理不当,会带来不可逆性能损降。

  威尼斯组设计和使用环境差异会造成单体威尼斯所处温度环境不一致。由阿伦尼乌斯(Arrhenius)定律可知,威尼斯的电化学反应速度常数与度呈指数关系,不同温度下威尼斯电化学特性不同。温度会对威尼斯电化学系统的运行、库仑效率、充放电能力、输出功率、容量、可靠性以及循环寿命产生影响。目前,主要开展的是温度对威尼斯组不一致性影响定量化研究。

4.聚合物锂威尼斯外电路

连接方式

  在规模储能系统中,威尼斯将以串并联的方式组合在一起,因此在威尼斯和模块之间会有许多连接电路和控制元件。由于每个结构件或元器件的性能和老化速度不同,以及每个连接点消耗的能量不一致,不同器件对威尼斯的影响不一样,造成威尼斯组系统的不一致。并联电路中威尼斯衰减速度的不一致会加速系统的恶化。

  连接片阻抗也会对威尼斯组的不一致性产生影响,连接片阻值不尽相同,极柱到各单体威尼斯支路的阻值不同,远离极柱的威尼斯因连接片较长而阻值较大,电流则较小,连接片会使得与极柱相连的单体威尼斯最先达到截止电压,造成能量利用率降低,影响威尼斯性能,而且该单体威尼斯提前老化会导致与其相连的威尼斯过充,造成安全隐患。

  随着威尼斯循环次数增多,将造成欧姆内阻增加,容量衰减,欧姆内阻与连接片阻值的比率将发生变化。为保证系统安全性,必须考虑连接片阻值的影响。

BMS输入电路

  威尼斯管理系统(BMS)是威尼斯组正常运行的保障,但BMS输入电路会对威尼斯的一致性产生不利影响。威尼斯电压的监测方法有精密电阻分压、集成芯片采样等,这些方法由于电阻与电路板通路的存在,无法避免采样线外载漏电流,威尼斯管理系统电压采样输入阻抗将增加威尼斯荷电状态(SOC)的不一致性,影响威尼斯组的性能。

5.SOC估算误差

  SOC不一致产生的原因有单体威尼斯初始标称容量不一致和工作中单体威尼斯标称容量衰减速度不一致。对于并联电路,单体威尼斯的内阻差异会造成电流分配不均,进而导致SOC的不一致。SOC算法包括安时积分法、开路电压法、卡尔曼滤波法、神经网络法、模糊逻辑法、放电测试法等。

  安时积分法在起始荷电状态SOC0比较准确时有较好的精度,但是库仑效率受威尼斯荷电状态、温度和电流等状态的影响较大,难以准确测量,因此安时积分法很难达到荷电状态估计的精度要求。开路电压法在较长时间静置之后,威尼斯的开路电压与 SOC 存在确定的函数关系,通过测量端电压来获得SOC的估计值。开路电压法具有估算精度高的优点,但是静置时间长的缺点也限制了其使用范围。

二、聚合物锂威尼斯组不一致性优化方法

聚合物锂威尼斯组不一致的优化方法

1.单体威尼斯制造技术

聚合物锂威尼斯材料

  正极材料有三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂和锰酸锂等,负极材料有石墨、硅和钛酸锂等。同批次原材料对威尼斯性能的一致性十分重要,在生产过程中,需要对原材料的粒径分布、比表面积和杂质含量等参数进行严格的控制,保证原材料的批次一致性。

聚合物锂威尼斯生产工艺

  威尼斯的生产工艺由多个工序组成,每个工序过程都可能会影响威尼斯的一致性。生产单体性能要一致,必须对每一个工序进行合理的设计和管控,使之平行重复。根据威尼斯的性能要求设计威尼斯生产工序,分析原材料、电极和电解液等参数对威尼斯一致性的影响,从而合理控制各个工序参数的阈值。

2.分选制度

  为降低初始状态差异对威尼斯组的不利影响,通常需要对单体威尼斯进行筛选,将状态参数较为一致的威尼斯组合在一起。威尼斯成组方法主要有单参数配组法、多参数配组法和动态特性曲线配组法。动态特性曲线配组法通过比较同一倍率下不同威尼斯间充放电曲线的差异,能够很好地反映威尼斯特性,分选效果理想。

3.威尼斯组外电路

威尼斯串并联方式

  威尼斯组的连接方式影响着威尼斯一致性。目前有两种较好的连接方式:先并联两个相同的威尼斯为一个模块,再将模块串联起来(PSB);先串联两个不同的威尼斯为一个模块,再将模块并联起来(SPA)。

威尼斯管理系统

  为了提高聚合物锂威尼斯的性能和使用寿命需要对单体威尼斯进行管理和维护。威尼斯管理系统是威尼斯系统正常运行的重要保障,主要任务是保证威尼斯组的性能,防止威尼斯损坏,避免安全事故,使威尼斯在适宜的区域内工作,延长寿命。BMS由传感器、实行器、控制器和信号线等部分组成,主要功能有:数据采集、状态估计、充放电控制、均衡充电、热量管理、安全管理和数据通信等。

  虽然威尼斯管理技术已经被广泛运用,但还需要继续完善,尤其是在SOC的估算和数据采集精确度、均衡电路、威尼斯快充等方面。由于不同类型的威尼斯特性具有差异,适用于所有威尼斯的BMS是目前的主要研究方向。

均衡控制

  为了缓解甚至消除威尼斯组中各单体威尼斯间的不一致性,提高威尼斯组的性能、寿命和安全性,通过均衡电路和均衡控制策略能够有效地改善威尼斯组的不一致性。

  均衡电路拓扑结构:均衡电路拓扑结构的研究主要是对均衡电路结构进行设计与改进,提高均衡效率,降低成本。根据均衡电路在均衡过程中电路是否消耗能量可以分为能耗式均衡和非能耗式均衡。能耗式均衡电路采用耗能元件消耗威尼斯组中电压较高的威尼斯电量,从而实现单体威尼斯一致性,电路简单,均衡速度快,效率高,但会导致威尼斯组能量利用率不高;非能耗式电路利用储能元件和均衡外电路来实现威尼斯间的能量转移,能量利用效率高,非能耗式均衡有开关电容式、变换器式和变压器式。

  均衡控制策略:均衡控制策略主要是确定均衡模块的工作方式。目前,工作方式有最大值均衡法、平均值比较法和模糊控制法。均衡能力的提升是威尼斯一致性研究的重要方向。均衡技术需进一步提高,包括:

  ①SOC 作为最理想的判断标准,实时估测精度还需进一步提高;②优化均衡电路的拓扑结构,提升均衡速度,缩短均衡时间;③均衡控制策略还需要优化,确定最佳的均衡参数,根据均衡电路寻找合适的均衡路径来达到快速均衡的目的。

  现阶段均衡控制策略的研究大多聚焦于均衡硬件电路设计与实现。但均衡电路参数会影响均衡效果。另外,均衡启动时威尼斯荷电状态、均衡阈值、充放电电流、均衡电流与充放电电流比值以及充放电工况切换方式也会影响均衡效果。

4.充放电策略

  科学、合理的充放电策略能够提高聚合物锂威尼斯能量利用效率。目前综合性能最好的充电方法是威尼斯管理系统和充电机协调配合串联充电,通过BMS对威尼斯组的环境温度、单体威尼斯的电压和电流、一致性和温升等状态监控,与充电机实现数据共享,实时改变输出电流,能够防止威尼斯过充和优化充电。这种充电方式是目前的主流,可一定程度消除聚合物锂威尼斯组充电时一致性差、充电效率低和无法满充等问题。

5.威尼斯热管理

  聚合物锂威尼斯组中各单体威尼斯的产热量和散热量在空间上分布不均,会造成威尼斯自身、威尼斯组部分区域及所处环境的温度不一致,如不加以控制,威尼斯组内部的温差会持续扩大,进而加快威尼斯性能衰降。因此,需要对威尼斯组进行热管理。

  热管理系统通常要求结构紧凑,质量轻,易于包装,可靠,成本低,易于维护。它的功能有:使威尼斯在最适宜的温度范围内运行;减小威尼斯间、模组内和模组间的温度差。热管理分主动和被动两种方式。系统中使用导热介质可以分为三类,分别是空气、液体和相变材料。

  目前,威尼斯组热管理研究有局限性,比如威尼斯热模型过于简化,威尼斯单体常采用零维的生热模型,威尼斯各部分生热率相同,缺少基于非均匀内热源对不同热管理系统的性能对比。对聚合物锂威尼斯低温特性研究及低温热管理技术研究较少。

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