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共享換電使用主動均衡延壽案例
發布時間:2023-07-05 14:50:30
       以下案例為福建某兩輪電動車換電運營客戶使用福芯電子主動均衡技術實際案例。
一、客戶需求分析

(一)倉庫電池現狀
       初步確認客戶某倉庫舊電池組情況。如表1所示,庫存電池組為換電用電池組,多用于外賣終端等高強度應用場景,使用環境為福建區域坑洼、多雨、陡峭。電池組經過多次充放電,內部電解液枯竭及化學物質活性降低,電池內阻皆呈現有不同程度升高。且相關電芯之間內阻差異較大,導致電池組各串電池電壓壓差變大,電池組容量縮水,影響續航里程與壽命。在壓差大于500mV時會出現起步斷電,充電及使用時間短的現象。


(二)福芯方案提出
       針對上述電池問題常規修復方案有兩種:1)第一種是對電池電性重新進行分容重組,剔除壓差大的電芯,此方案費用高且有隱藏燃爆風險;2)第二種是使用均衡儀器對各電芯進行電壓均衡,但是并不能根本解決電阻差異,使用一段時間后又會出現壓差問題。此兩種方案皆非優選。
       本方案創新地提出加裝主動均衡模組的方式。如圖1所示,相當于在電池組中增加了一個伴隨電池的均衡儀,對于并非化學物質枯竭而只是因為電阻差異導致續航里程與壽命異常的電池組,提供了一種創新、有效、可靠的方式來保障循環次數。

圖 1 電池增裝主動均衡模組內部實拍圖

二、福芯方案驗證

       選取部分舊電池進行增裝主動均衡模組試樣驗證,樣品組電池容量及使用里程有顯著提升。樣品信息如表2。


(一)增裝主動均衡負載放電驗證
       對樣品一進行電池容量提升驗證。對樣品一增裝主動均衡模組后,在實驗室(室溫25℃)使用8Ω水泥電阻進行0.1CC(2.5A)直流充放電。如圖2所示,樣品一電池容量經過5次循環后由最初的69.04%提升至90.02%。


(二)增裝主動均衡路跑放電驗證
       對樣品二、樣品三進行路跑里程提升驗證,并選擇正常運營電池進行對比參照。試驗在2022年12月進行,試驗時外部氣溫約在8-15℃,試驗用兩輪電動車為一輛6成新騎手外賣專用車,騎乘人員體重88kg,路跑區域主要為福州鼓樓區與倉山區。
       樣品二、樣品三增裝主動均衡模組后,如圖3所示,經三次充滿電并路跑至斷電,樣品二增程7公里至45.9km,樣品三增程13公里至45.3km。與對照組電池行程相當(對照組電池行程為44km)。本次試驗測算1Ah行程在2.55km,屬于正常范圍(正常范圍1Ah約2-3km)。


三、增裝主動均衡模組實施流程

       根據前述驗證情況,進行小批量增裝主動均衡模組驗證。本段主要介紹增裝主要流程。
       舊電池增裝主動均衡模組分為7個步驟:1)初容量檢測;2)連接電芯;3)確認極性;4)連接BMS;5)連接均衡模組;6)固定安裝;7)循環充放電修復。
       選取樣品一做實施步驟詳細說明:
       1)初容量檢測--通過上位機監控系統篩選出的符合改裝要求的電池,在實驗室進行負載放電進行電池容量計算。如表3所示,樣品一經4A電流放電,測算出未增裝均衡前總電池容量為11.25Ah。


       2)連接電芯--使用定制的電池轉接線連接電池電芯。
       3)確認極性--確認連接線極性,防止連接線極性錯誤。


       4)連接BMS--轉接線與電池BMS連接,從2+6Pin插口的通訊口讀取BMS數據確認連接無異常。
       5)連接均衡模組--轉接線與均衡模組連接,確認均衡模組工作指示燈為正常綠燈工作狀態。


       6)固定安裝--將均衡模組固定在電池內部的合適位置(使用輔材確保電池使用過程中,均衡模組不會脫線、擠壓、晃動等問題)。
       7)循環充放電修復--進行五次帶均衡充放電循環并記錄每次電池容量值。樣品一第一次以0.16CC進行充放電池,第二次至第五次使用0.1CC進行充放電。如表6所示為樣品一數據記錄。


四、項目實施效果
       根據前述作業流程,選擇10組48V/25Ah及7組60V/20Ah庫存電池增裝主動均衡模組進行容量提升小批量驗證。所選電池經增裝主動均衡模組在3-5次充放電循環后皆有不同程度的容量恢復,對比標稱容量多數可提升至80%以上狀態,容量恢復效果顯著。

(一) 48V/25Ah舊電池10組驗證統計
       選取10組庫存48V/25Ah磷酸鐵鋰電池進行增裝主動均衡模組后3次充放電循環驗證。如表7與圖4所示,所選電池使用時間都已接近24個月。10組電池中有5組電池經循環后可達標稱容量90%以上;C6與C11雖與標稱容量不足80%,但與初始狀態都有容量提升,其中C11更是提升了5.55Ah(42.05%)。表格中為增裝均衡后的記錄數據,并未記錄增裝前容量,實際初次循環較初始狀態已有提升此表未能體現。



(二) 60V/20Ah舊電池7組驗證統計
       選取7組庫存60V/20Ah磷酸鐵鋰電池進行增裝主動均衡模組后5次充放電循環驗證(其中P1、D3、D5為3次充放電循環)。如表8與圖5所示,所選電池使用時間都已接近12個月。7組電池經循環后都有顯著容量提升,多在標稱容量80%以上,其中D7與D8雖未達80%,但與初次放電對比分別提升3.9Ah與2.9Ah。



五、項目結論及建議
(一)結論
1.從項目收益分析可知:
       增裝主動均模組可以更節能環保的方式充分利用電池的有效設計容量,實現電池效能的最大化利用,延長電池使用壽命,降低投入成本,緩解電池庫存壓力。6個月的使用成本已經低于兩種參考組,12個月的使用成本約為參考組的1/2,且隨著使用時間延長其相對投入成本線性下降,18個月的使用成本不足參考組1/3。
2.從項目實驗結果可知:
       增裝主動均衡模組可以延長電池壽命,實現舊電池的充分利用達到理論循環次數。按照實驗結果1000次循環80%以上容量,對應電池壽命可再使用約12-24個月。實際情況須視使用頻率及電池化學特性有所差異。
3.從項目實施效果可知:
       增裝主動均衡模組后,電池組通過3-5次充放電循環,電池組容量得到顯著提升,多數可達標稱容量80%以上,使電池組工作時間得到顯著增長。

(二)建議
1.針對現有庫存電池快速推廣
       按福建福州部分庫存小樣本統計約65%的電池組可進行增裝使用。隨著庫存電池存放越久,相關化學反應持續發生不可逆變化。越早進行篩選增裝可越早更多地發揮庫存電池價值降低庫存電池壓力。
2.逐步進行新購電池前裝
       電池的均衡可伴隨電池全生命周期,庫存電池已驗證增裝主動均衡可有效延長庫存電池使用壽命??蛇M一步考慮在新電池及前裝主動均衡模組則可在電池組使用生命周期開始就完全發揮電池效力、排除不均衡問題。

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