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共享换电使用主动均衡延寿案例
发布时间:2023-07-05 14:50:30
       以下案例为福建某两轮电动车换电运营客户使用福芯电子主动均衡技术实际案例。
一、客户需求分析

(一)仓库电池现状
       初步确认客户某仓库旧电池组情况。如表1所示,库存电池组为换电用电池组,多用于外卖终端等高强度应用场景,使用环境为福建区域坑洼、多雨、陡峭。电池组经过多次充放电,内部电解液枯竭及化学物质活性降低,电池内阻皆呈现有不同程度升高。且相关电芯之间内阻差异较大,导致电池组各串电池电压压差变大,电池组容量缩水,影响续航里程与寿命。在压差大于500mV时会出现起步断电,充电及使用时间短的现象。


(二)福芯方案提出
       针对上述电池问题常规修复方案有两种:1)第一种是对电池电性重新进行分容重组,剔除压差大的电芯,此方案费用高且有隐藏燃爆风险;2)第二种是使用均衡仪器对各电芯进行电压均衡,但是并不能根本解决电阻差异,使用一段时间后又会出现压差问题。此两种方案皆非优选。
       本方案创新地提出加装主动均衡模组的方式。如图1所示,相当于在电池组中增加了一个伴随电池的均衡仪,对于并非化学物质枯竭而只是因为电阻差异导致续航里程与寿命异常的电池组,提供了一种创新、有效、可靠的方式来保障循环次数。

图 1 电池增装主动均衡模组内部实拍图

二、福芯方案验证

       选取部分旧电池进行增装主动均衡模组试样验证,样品组电池容量及使用里程有显著提升。样品信息如表2。


(一)增装主动均衡负载放电验证
       对样品一进行电池容量提升验证。对样品一增装主动均衡模组后,在实验室(室温25℃)使用8Ω水泥电阻进行0.1CC(2.5A)直流充放电。如图2所示,样品一电池容量经过5次循环后由最初的69.04%提升至90.02%。


(二)增装主动均衡路跑放电验证
       对样品二、样品三进行路跑里程提升验证,并选择正常运营电池进行对比参照。试验在2022年12月进行,试验时外部气温约在8-15℃,试验用两轮电动车为一辆6成新骑手外卖专用车,骑乘人员体重88kg,路跑区域主要为福州鼓楼区与仓山区。
       样品二、样品三增装主动均衡模组后,如图3所示,经三次充满电并路跑至断电,样品二增程7公里至45.9km,样品三增程13公里至45.3km。与对照组电池行程相当(对照组电池行程为44km)。本次试验测算1Ah行程在2.55km,属于正常范围(正常范围1Ah约2-3km)。


三、增装主动均衡模组实施流程

       根据前述验证情况,进行小批量增装主动均衡模组验证。本段主要介绍增装主要流程。
       旧电池增装主动均衡模组分为7个步骤:1)初容量检测;2)连接电芯;3)确认极性;4)连接BMS;5)连接均衡模组;6)固定安装;7)循环充放电修复。
       选取样品一做实施步骤详细说明:
       1)初容量检测--通过上位机监控系统筛选出的符合改装要求的电池,在实验室进行负载放电进行电池容量计算。如表3所示,样品一经4A电流放电,测算出未增装均衡前总电池容量为11.25Ah。


       2)连接电芯--使用定制的电池转接线连接电池电芯。
       3)确认极性--确认连接线极性,防止连接线极性错误。


       4)连接BMS--转接线与电池BMS连接,从2+6Pin插口的通讯口读取BMS数据确认连接无异常。
       5)连接均衡模组--转接线与均衡模组连接,确认均衡模组工作指示灯为正常绿灯工作状态。


       6)固定安装--将均衡模组固定在电池内部的合适位置(使用辅材确保电池使用过程中,均衡模组不会脱线、挤压、晃动等问题)。
       7)循环充放电修复--进行五次带均衡充放电循环并记录每次电池容量值。样品一第一次以0.16CC进行充放电池,第二次至第五次使用0.1CC进行充放电。如表6所示为样品一数据记录。


四、项目实施效果
       根据前述作业流程,选择10组48V/25Ah及7组60V/20Ah库存电池增装主动均衡模组进行容量提升小批量验证。所选电池经增装主动均衡模组在3-5次充放电循环后皆有不同程度的容量恢复,对比标称容量多数可提升至80%以上状态,容量恢复效果显著。

(一) 48V/25Ah旧电池10组验证统计
       选取10组库存48V/25Ah磷酸铁锂电池进行增装主动均衡模组后3次充放电循环验证。如表7与图4所示,所选电池使用时间都已接近24个月。10组电池中有5组电池经循环后可达标称容量90%以上;C6与C11虽与标称容量不足80%,但与初始状态都有容量提升,其中C11更是提升了5.55Ah(42.05%)。表格中为增装均衡后的记录数据,并未记录增装前容量,实际初次循环较初始状态已有提升此表未能体现。



(二) 60V/20Ah旧电池7组验证统计
       选取7组库存60V/20Ah磷酸铁锂电池进行增装主动均衡模组后5次充放电循环验证(其中P1、D3、D5为3次充放电循环)。如表8与图5所示,所选电池使用时间都已接近12个月。7组电池经循环后都有显著容量提升,多在标称容量80%以上,其中D7与D8虽未达80%,但与初次放电对比分别提升3.9Ah与2.9Ah。



五、项目结论及建议
(一)结论
1.从项目收益分析可知:
       增装主动均模组可以更节能环保的方式充分利用电池的有效设计容量,实现电池效能的最大化利用,延长电池使用寿命,降低投入成本,缓解电池库存压力。6个月的使用成本已经低于两种参考组,12个月的使用成本约为参考组的1/2,且随着使用时间延长其相对投入成本线性下降,18个月的使用成本不足参考组1/3。
2.从项目实验结果可知:
       增装主动均衡模组可以延长电池寿命,实现旧电池的充分利用达到理论循环次数。按照实验结果1000次循环80%以上容量,对应电池寿命可再使用约12-24个月。实际情况须视使用频率及电池化学特性有所差异。
3.从项目实施效果可知:
       增装主动均衡模组后,电池组通过3-5次充放电循环,电池组容量得到显著提升,多数可达标称容量80%以上,使电池组工作时间得到显著增长。

(二)建议
1.针对现有库存电池快速推广
       按福建福州部分库存小样本统计约65%的电池组可进行增装使用。随着库存电池存放越久,相关化学反应持续发生不可逆变化。越早进行筛选增装可越早更多地发挥库存电池价值降低库存电池压力。
2.逐步进行新购电池前装
       电池的均衡可伴随电池全生命周期,库存电池已验证增装主动均衡可有效延长库存电池使用寿命。可进一步考虑在新电池及前装主动均衡模组则可在电池组使用生命周期开始就完全发挥电池效力、排除不均衡问题。

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