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锂电池组存在的问题,限制了它替代铅酸电瓶的进程!

2021-3-9 06:54 · 大杂烩
来自: 中国

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之前承诺,介绍一下自己设计的锂电池组,事情太多忙不过来,先把准备好的相关技术简单介绍一下。
电芯失衡,是限制了锂电池组优秀性能的重要原因,它会使整个电池组,因为个别电芯的特性下降,造成整个电池组容量损失,性能明显下降。
而电芯失衡的原因有很多,高低温,机械损伤,过充过放,动态内阻变化等等。
电芯出厂测试的都是静态内阻,不是全范围的动态内阻,而在产品使用环境中,动态内阻受很多因素变化,自身化学材料的工艺,是最大因素。即使同批次电芯的动态内阻也不一致,这个经验,是我浪费了很多电芯,花了大量的时间,才验证出来的结果。
国外工程师大约在十年前,发现了串联电芯的失衡问题,就改进了保护板,增加了用合金电阻放电的均衡功能,初步解决了失衡问题。
这几年的实际应用,逐步发现了放电均衡功能的2个局限性:
a)均衡电流大,能缓解失衡的问题,但合金电阻功率大成本高,消耗大量的电能为热量,还增加了电芯的环境温度。
b)均衡电流小,不能缓解失衡的问题,电芯依然会过充。
现在锂电池组里,最好的就是带有大均衡电流的保护板,普通的保护板都是小均衡电流的,最差的是没有均衡功能的保护板。
市场上销售也很聪明,不明确是放电电流,还是均衡电流,往往隐藏均衡电流数值。
这里讨论的合金电阻放电均衡,是充电时的均衡功能。现在也有了放电时的均衡功能,但均衡电流太小,成本太高,对于大电流放电电路,没有实际意义。最近两年,美国凌特公司推出了主动均衡电路方案,国内有人在尝试,也还在测试阶段,成本高。
我的锂电池组使用的技术,与他们都不一样。两年前开始测试的样品,也是充电时的均衡功能,但不是合金电阻放电。今年开始测试放电时的均衡功能。其实,有些大电流负载,比如,车和船的启动电机,放电要100-300A,这么大的放电电流,需要很大的均衡电流,均衡电路成本很高。只使用充电时均衡功能就可以了。
本人做技术的,文字功底差,会做不会说,下面是图片示意,拿出来大家交流。
有想用锂电池组超越外国人的厂家,可以找我,一起玩把大的!

串联1.jpg 串联2.jpg 串联3.jpg

做电子硬件,智能机电研发
界王神 来自: 河北
后续呢?
2021-1-28 08:44
2021-3-6 18:43
哈哈,实验室样品测试了三年,已进入工程样品阶段,实地测试中。  详情 回复
技术大熊 楼主 来自: 中国

哈哈,实验室样品测试了三年,已进入工程样品阶段,实地测试中。
2021-3-6 18:43
2021-3-7 02:23
这个可是太多锂电池作为产品能源厂子的需求了……  详情 回复
2021-3-7 02:23
这个可是太多锂电池作为产品能源厂子的需求了……  详情 回复
做电子硬件,智能机电研发
界王神 来自: 北京
技术大熊 发表于 2021-3-6 18:43
哈哈,实验室样品测试了三年,已进入工程样品阶段,实地测试中。

这个可是太多锂电池作为产品能源厂子的需求了……
2021-3-7 02:23
界王神 来自: 北京
技术大熊 发表于 2021-3-6 18:43
哈哈,实验室样品测试了三年,已进入工程样品阶段,实地测试中。

这个可是太多锂电池作为产品能源厂子的需求了……
2021-3-7 02:23
2021-3-7 18:43
这个项目,理论上市场宽度很大。现在,只是理论验证实验完成,准备再做一年工程稳定试验,希望把前期可能出现的问题,都试验出来。简单稳定可靠,玩着才有意思!  详情 回复
孤帆1980 来自: 新西兰
3.7V是三元锂的标称电压吧?4V是满电电压,4.2V是它恒流充电电压吧?组12V电池组的话我一般做4串,4串三元锂的话组出来到了14.8V左右,看用在什么上面了,不是很精密的12V电器也可以用了,高个2V不会烧掉。如果按你说的只用3串组12V。那么按标称电压3.7V算,组好只有11.1V,根本不适合给12V的系统供电,因为很多12V的电器在这个电压已经开始低电压报警或者保护关机了。三元里跟磷酸铁锂一样,满电电压只能用5%至10%左右就回落到比较稳定的标准电压,标准电压一般可以坚持很久,90%至20%的曲线都很平,所以我认为要按标准电压来设计。
还有你说的要通过放电均衡系统来保护电池,我也认为没这个必要,毕竟现在锂电池成本越来越低,你搞这个放电均衡保护系统就鸡肋了。本来充电均衡也是一种保护,第一是为了把电芯都充满,首先保证续航。第二也是保护电芯不要过充,延长寿命。普通的保护板都有放电电流和电压的保护,不会让锂电池完全亏电。然后在下次充电的时候再次均衡,道理是一样的。如果在搞个放电均衡,那这个系统估计比电芯本身都贵了。锂电池的优点本来就是寿命长,耐操的东西。串并锂电池的时候尽量使用大容量单体,减少单体数量,这样就能有效减少电芯一致性的问题。还有现在的保护板都是实时监控每组电芯的电压和温度了,电压异常及时更换就好了,以后锂电电芯只会越来越便宜。
2021-3-7 05:36
2021-3-8 05:06
特斯拉那种一大堆电芯堆起来的情况下,使用过程中少量电芯一致性差异过大时,对整体放电性能的影响可就大了,可用容量也下降明显。电芯再便宜,也不方便为了少量电芯做一次整体测量和更换吧……  详情 回复
2021-3-7 18:58
几节电芯串联,不同类型电芯的使用,只是需求不同的不同方案,实验,示例也是一种需求,不一定适用于每个人的需求。 均衡电路,有很多人不使用,完全在于个人喜好。保护板的作用效果,每个人理解也不同,不必在意。  详情 回复
技术大熊 楼主 来自: 中国
界王神 发表于 2021-03-07 02:23
这个可是太多锂电池作为产品能源厂子的需求了……

这个项目,理论上市场宽度很大。现在,只是理论验证实验完成,准备再做一年工程稳定试验,希望把前期可能出现的问题,都试验出来。简单稳定可靠,玩着才有意思!
2021-3-7 18:43
做电子硬件,智能机电研发
技术大熊 楼主 来自: 中国
孤帆1980 发表于 2021-03-07 05:36
3.7V是三元锂的标称电压吧?4V是满电电压,4.2V是它恒流充电电压吧?组12V电池组的话我一般做4串,4串三元锂的话组出来到了14.8V左右,看用在什么上面了,不是很精密的12V电器也可以用了,高个2V不会烧掉。如果按你说的只用3串组12V。那么按标称电压3.7V算,组好只有11.1V,根本不适合给12V的系统供电,因为很多12V的电器在这个电压已经开始低电压报警或者保护关机了。三元里跟磷酸铁锂一样,满电电压只能用5%至10%左右就回落到比较稳定的标准电压,标准电压一般可以坚持很久,90%至20%的曲线都很平,所以我认为要按标准电压来设计。
还有你说的要通过放电均衡系统来保护电池,我也认为没这个必要,毕竟现在锂电池成本越来越低,你搞这个放电均衡保护系统就鸡肋了。本来充电均衡也是一种保护,第一是为了把电芯都充满,首先保证续航。第二也是保护电芯不要过充,延长寿命。普通的保护板都有放电电流和电压的保护,不会让锂电池完全亏电。然后在下次充电的时候再次均衡,道理是一样的。如果在搞个放电均衡,那这个系统估计比电芯本身都贵了。锂电池的优点本来就是寿命长,耐操的东西。串并锂电池的时候尽量使用大容量单体,减少单体数量,这样就能有效减少电芯一致性的问题。还有现在的保护板都是实时监控每组电芯的电压和温度了,电压异常及时更换就好了,以后锂电电芯只会越来越便宜。

几节电芯串联,不同类型电芯的使用,只是需求不同的不同方案,实验,示例也是一种需求,不一定适用于每个人的需求。
均衡电路,有很多人不使用,完全在于个人喜好。保护板的作用效果,每个人理解也不同,不必在意。
我的这个设计,是基于我多年的经验,自己想做的更好。玩的是技术深入,社会应用层面的事情,以后再考虑了
2021-3-7 18:58
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界王神 来自: 北京
孤帆1980 发表于 2021-3-7 05:36
3.7V是三元锂的标称电压吧?4V是满电电压,4.2V是它恒流充电电压吧?组12V电池组的话我一般做4串,4串三元 ...

特斯拉那种一大堆电芯堆起来的情况下,使用过程中少量电芯一致性差异过大时,对整体放电性能的影响可就大了,可用容量也下降明显。电芯再便宜,也不方便为了少量电芯做一次整体测量和更换吧……
2021-3-8 05:06
2021-3-9 06:54
特斯拉的策略就是自己不做电池,直接选用最成熟的电池,如果不是松下电池质量还不错,它那么多18650堆在一起,肯定经常出问题了,特斯拉的灵魂不在于电池,而是车载系统。说实话,它的电池方案确实不科学。  详情 回复
孤帆1980 来自: 新西兰
界王神 发表于 2021-03-08 05:06
特斯拉那种一大堆电芯堆起来的情况下,使用过程中少量电芯一致性差异过大时,对整体放电性能的影响可就大了,可用容量也下降明显。电芯再便宜,也不方便为了少量电芯做一次整体测量和更换吧……

特斯拉的策略就是自己不做电池,直接选用最成熟的电池,如果不是松下电池质量还不错,它那么多18650堆在一起,肯定经常出问题了,特斯拉的灵魂不在于电池,而是车载系统。说实话,它的电池方案确实不科学。
2021-3-9 06:54
2021-3-9 13:06
现在市售电动车的电池方案都有这个电芯一致性的缺陷……  详情 回复

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电芯失衡,是限制了锂电池组优秀性能的重要原因,它会使整个电池组,因为个别电芯的特性下降,造成整个电池组容量损失,性能明显下降。
而电芯失衡的原因有很多,高低温,机械损伤,过充过放,动态内阻变化等等。
电芯出厂测试的都是静态内阻,不是全范围的动态内阻,而在产品使用环境中,动态内阻受很多因素变化,自身化学材料的工艺,是最大因素。即使同批次电芯的动态内阻也不一致,这个经验,是我浪费了很多电芯,花了大量的时间,才验证出来的结果。
国外工程师大约在十年前,发现了串联电芯的失衡问题,就改进了保护板,增加了用合金电阻放电的均衡功能,初步解决了失衡问题。
这几年的实际应用,逐步发现了放电均衡功能的2个局限性:
a)均衡电流大,能缓解失衡的问题,但合金电阻功率大成本高,消耗大量的电能为热量,还增加了电芯的环境温度。
b)均衡电流小,不能缓解失衡的问题,电芯依然会过充。
现在锂电池组里,最好的就是带有大均衡电流的保护板,普通的保护板都是小均衡电流的,最差的是没有均衡功能的保护板。
市场上销售也很聪明,不明确是放电电流,还是均衡电流,往往隐藏均衡电流数值。
这里讨论的合金电阻放电均衡,是充电时的均衡功能。现在也有了放电时的均衡功能,但均衡电流太小,成本太高,对于大电流放电电路,没有实际意义。最近两年,美国凌特公司推出了主动均衡电路方案,国内有人在尝试,也还在测试阶段,成本高。
我的锂电池组使用的技术,与他们都不一样。两年前开始测试的样品,也是充电时的均衡功能,但不是合金电阻放电。今年开始测试放电时的均衡功能。其实,有些大电流负载,比如,车和船的启动电机,放电要100-300A,这么大的放电电流,需要很大的均衡电流,均衡电路成本很高。只使用充电时均衡功能就可以了。
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这个可是太多锂电池作为产品能源厂子的需求了……
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哈哈,实验室样品测试了三年,已进入工程样品阶段,实地测试中。

这个可是太多锂电池作为产品能源厂子的需求了……
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这个项目,理论上市场宽度很大。现在,只是理论验证实验完成,准备再做一年工程稳定试验,希望把前期可能出现的问题,都试验出来。简单稳定可靠,玩着才有意思!  详情 回复
3.7V是三元锂的标称电压吧?4V是满电电压,4.2V是它恒流充电电压吧?组12V电池组的话我一般做4串,4串三元锂的话组出来到了14.8V左右,看用在什么上面了,不是很精密的12V电器也可以用了,高个2V不会烧掉。如果按你说的只用3串组12V。那么按标称电压3.7V算,组好只有11.1V,根本不适合给12V的系统供电,因为很多12V的电器在这个电压已经开始低电压报警或者保护关机了。三元里跟磷酸铁锂一样,满电电压只能用5%至10%左右就回落到比较稳定的标准电压,标准电压一般可以坚持很久,90%至20%的曲线都很平,所以我认为要按标准电压来设计。
还有你说的要通过放电均衡系统来保护电池,我也认为没这个必要,毕竟现在锂电池成本越来越低,你搞这个放电均衡保护系统就鸡肋了。本来充电均衡也是一种保护,第一是为了把电芯都充满,首先保证续航。第二也是保护电芯不要过充,延长寿命。普通的保护板都有放电电流和电压的保护,不会让锂电池完全亏电。然后在下次充电的时候再次均衡,道理是一样的。如果在搞个放电均衡,那这个系统估计比电芯本身都贵了。锂电池的优点本来就是寿命长,耐操的东西。串并锂电池的时候尽量使用大容量单体,减少单体数量,这样就能有效减少电芯一致性的问题。还有现在的保护板都是实时监控每组电芯的电压和温度了,电压异常及时更换就好了,以后锂电电芯只会越来越便宜。
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特斯拉那种一大堆电芯堆起来的情况下,使用过程中少量电芯一致性差异过大时,对整体放电性能的影响可就大了,可用容量也下降明显。电芯再便宜,也不方便为了少量电芯做一次整体测量和更换吧……  详情 回复
2021-3-7 18:58
几节电芯串联,不同类型电芯的使用,只是需求不同的不同方案,实验,示例也是一种需求,不一定适用于每个人的需求。 均衡电路,有很多人不使用,完全在于个人喜好。保护板的作用效果,每个人理解也不同,不必在意。  详情 回复
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这个可是太多锂电池作为产品能源厂子的需求了……

这个项目,理论上市场宽度很大。现在,只是理论验证实验完成,准备再做一年工程稳定试验,希望把前期可能出现的问题,都试验出来。简单稳定可靠,玩着才有意思!
2021-3-7 18:43
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孤帆1980 发表于 2021-03-07 05:36
3.7V是三元锂的标称电压吧?4V是满电电压,4.2V是它恒流充电电压吧?组12V电池组的话我一般做4串,4串三元锂的话组出来到了14.8V左右,看用在什么上面了,不是很精密的12V电器也可以用了,高个2V不会烧掉。如果按你说的只用3串组12V。那么按标称电压3.7V算,组好只有11.1V,根本不适合给12V的系统供电,因为很多12V的电器在这个电压已经开始低电压报警或者保护关机了。三元里跟磷酸铁锂一样,满电电压只能用5%至10%左右就回落到比较稳定的标准电压,标准电压一般可以坚持很久,90%至20%的曲线都很平,所以我认为要按标准电压来设计。
还有你说的要通过放电均衡系统来保护电池,我也认为没这个必要,毕竟现在锂电池成本越来越低,你搞这个放电均衡保护系统就鸡肋了。本来充电均衡也是一种保护,第一是为了把电芯都充满,首先保证续航。第二也是保护电芯不要过充,延长寿命。普通的保护板都有放电电流和电压的保护,不会让锂电池完全亏电。然后在下次充电的时候再次均衡,道理是一样的。如果在搞个放电均衡,那这个系统估计比电芯本身都贵了。锂电池的优点本来就是寿命长,耐操的东西。串并锂电池的时候尽量使用大容量单体,减少单体数量,这样就能有效减少电芯一致性的问题。还有现在的保护板都是实时监控每组电芯的电压和温度了,电压异常及时更换就好了,以后锂电电芯只会越来越便宜。

几节电芯串联,不同类型电芯的使用,只是需求不同的不同方案,实验,示例也是一种需求,不一定适用于每个人的需求。
均衡电路,有很多人不使用,完全在于个人喜好。保护板的作用效果,每个人理解也不同,不必在意。
我的这个设计,是基于我多年的经验,自己想做的更好。玩的是技术深入,社会应用层面的事情,以后再考虑了
2021-3-7 18:58
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孤帆1980 发表于 2021-3-7 05:36
3.7V是三元锂的标称电压吧?4V是满电电压,4.2V是它恒流充电电压吧?组12V电池组的话我一般做4串,4串三元 ...

特斯拉那种一大堆电芯堆起来的情况下,使用过程中少量电芯一致性差异过大时,对整体放电性能的影响可就大了,可用容量也下降明显。电芯再便宜,也不方便为了少量电芯做一次整体测量和更换吧……
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特斯拉的策略就是自己不做电池,直接选用最成熟的电池,如果不是松下电池质量还不错,它那么多18650堆在一起,肯定经常出问题了,特斯拉的灵魂不在于电池,而是车载系统。说实话,它的电池方案确实不科学。  详情 回复
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特斯拉那种一大堆电芯堆起来的情况下,使用过程中少量电芯一致性差异过大时,对整体放电性能的影响可就大了,可用容量也下降明显。电芯再便宜,也不方便为了少量电芯做一次整体测量和更换吧……

特斯拉的策略就是自己不做电池,直接选用最成熟的电池,如果不是松下电池质量还不错,它那么多18650堆在一起,肯定经常出问题了,特斯拉的灵魂不在于电池,而是车载系统。说实话,它的电池方案确实不科学。
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