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如何提高電動(dòng)汽車電池效率和壽命
來源:網(wǎng)絡(luò)來源 日期:2011-11-6 作者:全球電池網(wǎng) 點(diǎn)擊:

 節(jié)能環(huán)保一直是人們熱議話題,電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車則提供了一種節(jié)省能源和減少二氧化碳排放的極好方式。然而,電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車重要弱點(diǎn)就在于其電池容量,以及由此帶來的行駛距離的限制。由于能夠安裝進(jìn)汽車的最大電池尺寸常常受到體積和重量限制,因而優(yōu)化利用現(xiàn)有電池容量變得越來越重要。

  要提供用于電動(dòng)汽車的現(xiàn)代高性能電池所需的幾百伏電壓,通常需要將幾個(gè)單獨(dú)的電池單元以串聯(lián)方式相連接。電池組中的每個(gè)電池單元,電池單元容量、自放電率、溫度特性和電池阻抗等都各有不同,而且差異會(huì)隨著電池的老化而增大。當(dāng)電池單元正在充電時(shí),這種差異便會(huì)導(dǎo)致一種情形,即某些電池單元還沒有充滿足夠的電能,但另一些電池單元早已充滿電荷了。除非采取額外措施,否則充電過程必須終止,因?yàn)槿绻硞(gè)電池單元過分充電,就會(huì)發(fā)生損壞、甚至有可能完全毀壞。

  類似的情形也會(huì)在放電時(shí)發(fā)生。與前相反,情況是某個(gè)電池單元早已完全放電,而其它的電池單元仍然具有足夠的能量可繼續(xù)為汽車提供動(dòng)力(理論上的)。然而,這時(shí)汽車不可能繼續(xù)行走,因?yàn)檫@會(huì)使較弱的電池單元過度放電,結(jié)果會(huì)導(dǎo)致電池單元的損毀。為了避免上述兩種這些情況的發(fā)生,單個(gè)電池單元之間的主動(dòng)平衡是必須的。

  被動(dòng)平衡方法將可用能量轉(zhuǎn)化為熱損耗

  目前廣泛使用的方法是被動(dòng)平衡技術(shù),就是使用電阻將早已充滿電的電池單元再次放電,以便其它電池單元能夠繼續(xù)充電。這個(gè)方法的缺點(diǎn)是顯而易見的:

  * 出于平衡的目的,電池只能被放電

  * 旁路電阻的放電電流引起功率損耗

  * 寶貴的能量轉(zhuǎn)化為熱量,不能為汽車提供動(dòng)力

  * 減少汽車的行駛距離

  被動(dòng)平衡方法僅能將儲(chǔ)存在電池單元中的能量轉(zhuǎn)化為熱損耗,而主動(dòng)平衡則能夠?qū)⒁粋(gè)電池單元中的電荷傳送至另一電池單元。實(shí)現(xiàn)電荷傳送有幾種方法,如使用開關(guān)電容或電感。當(dāng)使用電容式方法時(shí),電容會(huì)與有較高電壓的電池單元并聯(lián)。一旦此電池單元完成充電,它即與有較低電壓的電池單元并聯(lián),能夠繼續(xù)為其充電。此過程會(huì)不斷重復(fù),直至所有電池單元都達(dá)到相同的電壓為止。

  使用電容器的方法具有很高的成本效益,但有個(gè)缺點(diǎn)就是平均的平衡電流被限制在50mA以下。使用電感方法則不存在此限制,并且在此情況下,很容易便達(dá)到1A或以上的平衡電流。

  用主動(dòng)平衡法實(shí)現(xiàn)快速和幾乎無損耗的電荷傳送

  主動(dòng)平衡是通過并聯(lián)電感和需獲取電荷的電池來實(shí)現(xiàn)的。此結(jié)果導(dǎo)致線圈中的電流持續(xù)增加。

  一旦線圈已經(jīng)從通過晶體管放電的電池單元中去耦,電感中儲(chǔ)存的能量可通過一個(gè)二極管對(duì)鄰近電池充電。因而電荷可以在兩個(gè)單獨(dú)的電池單元之間來回地移動(dòng),實(shí)現(xiàn)極高效率并且?guī)缀鯚o損耗。此方法具有某些決定性的優(yōu)點(diǎn):

  * 平衡電流可能達(dá)到1A或以上

  * 平衡在本質(zhì)上是無損耗的

  * 平衡極其快速

  * 增加了效率和電池容量

  * 增加了汽車的行駛距離

  相比所提到的其它方法,使用電感實(shí)施主動(dòng)平衡并不算是低成本的方法,因?yàn)楫?dāng)中使用了成本相對(duì)較高的電感元件。然而,這并不完全是個(gè)問題。現(xiàn)代高性能電池目前的成本接近10,000美元。而使用電感平衡方法,即使只獲得了額外的10%容量,也代表了1,000美元的價(jià)值--此金額可以用于購(gòu)買大數(shù)量的電感器件。

  鋰離子電池基于安全的原因,必須監(jiān)控單個(gè)電池單元,因?yàn)檫^載會(huì)發(fā)生燃燒,在極端情況下甚至?xí)l(fā)生爆炸。與過壓、欠壓和溫度監(jiān)控一樣,精確的充電條件測(cè)定等附加功能也是需要的。在半導(dǎo)體市場(chǎng)上已提供能實(shí)現(xiàn)所有這些功能與不同的平衡方法的元件。使用先進(jìn)的主動(dòng)電池單元平衡解決方案(如愛特梅爾 ATA6870電池管理電路)每一個(gè)電池單元都有單獨(dú)的電子監(jiān)控,以便提供如充電狀態(tài)測(cè)定、主動(dòng)/被動(dòng)平衡或過壓、欠壓和溫度監(jiān)控等功能

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