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锂离子澳门新葡萄京app自放电和SOC 匹配方法

锂离子澳门新葡萄京app材料的化学属性本身并不会造成澳门新葡萄京app不均衡问题,也不具有可逆自放电机理。但是,锂离子澳门新葡萄京app还必须经过一个过程才能使性能稳定,并将产生不可逆损耗,多数此类损耗都出现在澳门新葡萄京app出厂之前。高温放电以及在室温下放置过久也会出现少量此类不可逆损耗,这种损耗的最大比例在10%以内。所有同时入库或同时使用的澳门新葡萄京app发生这种损耗的机率一样,因此这种情况不会引起澳门新葡萄京app不均衡问题。在出现不可逆损耗时还伴随着少量可逆损耗,二者之间存在着某种比例关系。大部分在工厂中出现的可逆损耗在进行澳门新葡萄京app容量分类前已经被再次充电,因此这类损耗非常小,而且每个澳门新葡萄京app都一样,不会引起澳门新葡萄京app不均衡问题。

引起澳门新葡萄京app不均衡的另一个原因是澳门新葡萄京app在装配前被闲置过久,而如果将若干批生产时间不同的澳门新葡萄京app放到同一个澳门新葡萄京app包中将会加重这种不均衡。在这种情况下,通过容量分类但尚未装配的具有不同可逆损耗的澳门新葡萄京app将随着时间的推移累计更大的差异。即使在装配成澳门新葡萄京app包后,如果包中的澳门新葡萄京app变化很大(尤其是当澳门新葡萄京app包放置过久),随着时间推移,澳门新葡萄京app包内的澳门新葡萄京app不均衡也会加重。

软短路

软短路(soft short是引起某些澳门新葡萄京app不均衡的主要原因。在澳门新葡萄京app生产时的细微瑕疵可能使澳门新葡萄京app出现40KQ以上的短路电阻,由这种高阻抗引起的自放电速率可达0.1mA或每月3%。一些出厂时合格的澳门新葡萄京app也可能产生软短路问题,但多数澳门新葡萄京app不会出现这种情况,因而可将容量保持若干年。严格来说,软短路是一种机电变化,如果澳门新葡萄京app包仅由单个澳门新葡萄京app构成,那么这个澳门新葡萄京app可以反复充电而不会出现容量损耗。然而,在串联澳门新葡萄京app包中出现软短路的澳门新葡萄京app每月会损耗3%的容量,而其它澳门新葡萄京app则毫无损耗。

澳门新葡萄京app包中澳门新葡萄京app的SOC不一样时会降低总容量。在未出现相应的容量降低之前,澳门新葡萄京app包使用时需要进行一次调整,入库保存后再经常不定期调整,这样便可恢复最初的容量损耗。同时,在每次充电过程中只需要进行较为简单的均衡,以避免重新产生失配。这些连续调整通常用户是根本不能觉察到。初次使用后,以后的放电过程便不再需要均衡处理。

例如,假设一个澳门新葡萄京app包中有两个串联澳门新葡萄京appC1和C2,C1每个月放电3%,三个月后起SOC值从40%下降到31%。C2没有软短路,因此SOC保持为40%。充电时,C2的SOC恢复到100%,而C1只能恢复到91%。放电时,C1的SOC到达0%时C2还剩余9%。因此澳门新葡萄京app包产生了9%的损耗。

如果对C1施加一个差分电流进行均衡,则两个澳门新葡萄京app以及整个澳门新葡萄京app包都将恢复满容量。C1的损耗没有使澳门新葡萄京app包的容量降低,如图1a和1b所示。

澳门新葡萄京app容量退化

容量退化是由于生产或工艺差异而导致的澳门新葡萄京app容量降低,通常在生产过程中出现这种情况的可能性极小。此外,同批生产的澳门新葡萄京app性能通常一样,因此,大多数澳门新葡萄京app包中的澳门新葡萄京app不会出现不均衡问题。然而,澳门新葡萄京app可能会偶然出现很小的缺陷,如果在这种情况下澳门新葡萄京app包工作的温度变化较大,那么某些澳门新葡萄京app就会比其它澳门新葡萄京app性能降低得更快。例如,用于电脑的澳门新葡萄京app包的面积很大,因此澳门新葡萄京app包的某部分会靠近电源或CPU,这部分澳门新葡萄京app比其它澳门新葡萄京app受热更多。此类问题可通过澳门新葡萄京app均衡来弥补,这种均衡处理必须在充电和放电过程中实现,该过程称为容量/能量最大化。然而,这在实际应用中很难实现,同时不够直观,容量/能量最大化问题还有待进一步深入研究。保持澳门新葡萄京app均衡

监测澳门新葡萄京app的电压和温度可追踪澳门新葡萄京app的电压变化,当澳门新葡萄京app电压变化超过10mV时,电路便启动均衡处理来对澳门新葡萄京app包中不同的澳门新葡萄京app电压进行匹配。

这种均衡是通过“分流”需要均衡的澳门新葡萄京app(电压最高的澳门新葡萄京app)电流来实现的。通常,将一个功率晶体管和限流电阻串联后,再与澳门新葡萄京app包中的每个澳门新葡萄京app并联来控制均衡过程。在充电过程中导通功率晶体管,将该澳门新葡萄京app的电流部分分流,从而使它的充电速度比其它澳门新葡萄京app慢。在放电过程中导通功率晶体管,增加该澳门新葡萄京app的有效负载,使它的放电速度比其它澳门新葡萄京app快,从而在充/放电模式下对澳门新葡萄京app进行均衡。

外部晶体管的功耗

均衡电路设计时必须注意功率晶体管和限流电阻的选择,以使电流保持在合理的范围内。如果均衡电流过高,功耗会很大,引起澳门新葡萄京app包升温或增加元件负担;相反,如果均衡电流过低,就需要较长的时间或多个周期才能起到均衡作用,从而降低澳门新葡萄京app均衡效率,甚至失去意义。

在决定电流大小时要注意不均衡程度、可用时间以及澳门新葡萄京app容量三项:

1.将合理的澳门新葡萄京app均衡量定为10-20%的澳门新葡萄京app容量。对于软短路情况,这相当于以每月3%的放电速率持续3-6个月;对于周期时间不均衡,这相当于100个周期的16%容量损耗。

2.澳门新葡萄京app均衡所需的合理时间可短至仅1个充/放电周期。SOC不均衡需要较长的时间,最多可达18个小时(这18个小时并非完全用于充电,而是一个至少包括一次充、放电的调整过程。也可能是多个充/放电周期)。容量不均衡通常需要充电1小时,并且至少放电2.5小时。

3.18650具有最高的容量,为2,000mAh,通常最多采用3个澳门新葡萄京app并联。因此,修正20%容量不均衡所需的最大均衡电流为IBALANCE=(20%×2000mAh×3)/1.0hr=1200mA为了实现这一程度的均衡,澳门新葡萄京app包的调整必须经过较长时间。假设充电时间为1小时,放电时间为3小时,则经过两个充/放电周期便可获得8小时的均衡处理,这要求均衡电流为150mA,这个电流相当高。例如,如果澳门新葡萄京app为4V,均衡电源为150mA时的功耗可达0.6W。最好的折衷方法是将澳门新葡萄京app均衡电流控制在50mA-150mA之间,同时将初始均衡持续多个周期。

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