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储能系统电池维护方法与专用充电器

 目前电池成组的最大困难是大容量电池的一致性问题,也就是对于某批次的电池来说,容量相等对应的电压相等,或者电压相等对应容量相等。电池单体单独使用时,对一致性要求并不高,随着电池应用范围的扩大,单体电池趋向大容量高电压发展,对于性能源设备来说,单体电池提供的电压与电流是远远不够的,所以电池成组应用是新能源应用与发展的必然趋势,但是电池成组时,又受到电池一致性的牵制,电池的一致性不好,不仅受生产制造过程的影响,而且在工程应用不当也会加剧电池一致性变差,所以要求工程人员想办法对电池进行维护,尽量减小电池在容量极差、单体电压的极差,保持系统长期稳定高效的工作。

 

磷酸亚铁锂离子电池为例,探讨成组电池系统维护方法,增加成组电池的循环次数,延长电池系统的使用寿命。

  在实际工程应用中,电池成组经常发生,成组前电池的一致性最起码能够让人接受,经过几百次循环后,在电池组中会发现电池的静态电压明显不一致,这同时说明电池容量也不一致,由于没有合适的系统维护方法,使得电池系统不能得到充分的利用。

  部分工程人员就是将该单体电池与电池组一起做一个完整的充放电循环,然后把不一致的电池取下来,再换新电池,新电池的容量、电压是否与系统匹配,现在的维护工程师们可能都考虑到,但他们总不能把电池厂的化成分容柜为两块电池用卡车搬到现场吧.还有的工程人员就是将整个电池包用卡车搬运到工厂重新化成分容,然后再送到现场,这种方法对电动工具,电动自行车等小电池系统还能接受,对大型的电池储能系统,维护的代价就太高了。

   建议采用恒流限压充电维护法或者定量补充电量维护法对成组电池中的部分单体电池进行修复,这样维护工作量就大大减少了,在对电池电压进找平的同时观察充入电池的电量(充入电量+原有电量=电池当前容量),若电池的容量极差不大,电压找平后就可以保留在系统中继续使用。若电池容量极差大,再更换该单体电池。更换单体电池时就采用定量补充电量的方法,只有使新电池的容量与整个系统一致时,才能把新电池装入系统。

电池模块箱测试维护接口

若要采用恒流限压充电维护法或者定量补充电量维护法,首先在电池箱上预留维护测量接口。大多电池模块是分箱装配的,而电池箱又是密封的,维修工程师们只能依靠电池管理系统读回来的数据判断电池的情况,当要对电池进行维护时,只能开箱测试与维护,所以我建议必须在电池箱上安装测量维护的接口便于测试维护操作方便。也就是将单体电池串联的的连接处引出一根能承受0.5倍率电流的导线,数量是N+1根线。同时这也是一根人工测量线。每根线必须用螺丝装连,并且输出接口是快速接口。每根线的安全距离必须大于整箱电池串联电压的安全距离。每根线必须按照电位从低到高的顺序严格编号,且在第一根线与最后一根线的接口处必须标注电池箱内电池的极接口要加防尘、防水、防爆保护措施,并且注明非专业人员不能擅自打开的标识。

电池维护充电器

  输入AC180V~AC242V,输出电压2.0V~4.5V连续可调,适用于各种材料的锂电池;输出电流0A~100A连续可调,适用于1000Ah以下电池组现场维护充电;充电器整机工作效率大于75%。(因为低压大电流充电器效率不会做的太高)

电路要求功率因数校正、输入输出隔离、恒流限压充电。这是充电机最起码的工作要求,对于这种低压大电流的充电器,输入必须要加APFC,电路拓扑结构最好采用半桥拓扑结构,输入输出由变压器隔离,既可以单独使用,也可以几个串联或并联使用,以满足大容量电池模块或多个单体同时充电。更能节约工程技术人员的维护时间与维护成本,采用高频同步整流提高充电器工作效率。

测量与显示要求:输出电流、电压实时检测与显示、充入电池I*T(电量)实时检测与显示、充电进度、被充电池的温度实时检测与显示。在液晶屏上分页显示。可手动查阅。

  手动功能设置:充电器分为预置工作模式和自动工作模式,能通过充电器的按键手动设置充电电量、电流、电压、温度、阶段时间。在充电器工作之前,先设置恒流阶段充电电流值,恒流充电过程的最高电压值,当恒流充电达到该电压值时,充电器就要从恒流充电状态转换为恒压充电状态,在已知电池当前容量和应补充容量的情况下,还可以预先分段设置充电时间,将设置的时间作为充电机限制的第二条件。设置完成后按确认键保存当前设置,按输出键开始按设置程序工作。在自动模式下,充电器的工作模式按照上次工作设置的模式工作。

存储与查询功能:自动捕获恒流充电、恒压充电开始与结束时的电池的电压、电流、充入电量与电池内部温度,并且记录存储电压、电流、温度、充入电量。自动捕获并存储充电过程中故障时的电流、电压、温度与充入电量。所有的数据能存储可查询。(第一版充电器存储的这些数据只供查询,不给输出与打印)

保护与告警功能:充电器具有输入过压欠压保护、输入过流保护、输出过流过压保护、输出短路保护、过温保护、充电已满保护、充电模式转换、各保护都设置声光提示装置。

  该充电器几何尺寸8U×4U×2U总重量小于3kg便于携带。

   使用方法:

  第一步:将电池组串联充电至满容量或者直到BMS保护为止。第二步: 将电池组串联放电至0容量额定总电压或者直到BMS保护为止,计算放出电量是否达到额定要求,若未达到要求,对电池组中低于0容量平均电压的电池模块进行补充电量,直到该模块电压与平均电压相等。第三步:再将电池组串联放电至0容量或者直到BMS保护为止,将第一次放出的电量与第二次放出的电量相加,看是否达到额定容量要求,若未达到额定要求,再对电池组中低于0容量平均电压的电池模块进行补充电量,到该模块电压与平均电压相等。若还未达到额定要求,再次重复第三步操作直到电池组经过多次累加放电总量等于额定容量或者要求容量。第四步:再将电池组整体做一次满充满放循环。看是否达到额定要求电量。若还不能达到要求,说明电池系统容量已经明显下降,则要更换极差电池。

  提前维护:当BMS检测到电池组中存在个别模块串联模块两头电压(满充满放)极差大于20mV时,就可以采用此方法对电压较低的电池补充一点电量,相当于人为地给电池组系统做一次充放电均衡维护,从而保持电池的一致性并延长电池组的使用寿命。

  给新电池充电:更换新电池时,新电池容量与电压不可能与整组电池容量相匹配,这种情况可以使用该方法,先将新电池用按1C放电,放到0容量,然后在充电器上设置好要充入的电量对新电池充电,当充电器按预置的充电容量充电完成后,这种新电池就可以替换下严重极差的电池了。

  该方法只能对电池组进行静态维护,不能在电池组动态下维护。

该电池维护方法的适用范围

  这种维护方法适用于成组电池系统中部分电池因为长期工况不同、检测方法不同等造成电池的一致性发生差异,最大差异不超过100mV,极差电池数量不超过成组总数的10%。当数量太多,极差很大时,可能系统还存在别的问题,要先排除检查系统的其他故障。比如安装、工艺、功率回路、控制回路以及单体电池本身等。

  本充电器虽然是以磷酸亚铁锂电池为基础设计的,但该充电器与对电池的维护方法也适用于其他正极材料的锂离子(因为锂离子电池充放电过程中,有很长时间电压变化率很小,电压与容量的关系并不是成固定斜率线性关系)电池维护。

本充电式电池维护方法,主要适用于对串并联电池组中单体电池与并联的模块电池组维护。相当于电压在安全范围内的而对电池容量均衡。而不是对电压均衡,电压只是充放电过程中一个在安全门槛,人为的规定了一个阈值而已,所以由试样单体的串并联电池组中,单体电池电压不应该作为衡量该组电池的一致性的关键参数,而要以容量来衡量电池一致性。由于池塘本身不一样,存水的多少不在于水的深浅。在测试与维护中,一定要考虑电池的容量。

 

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