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梯次磷酸铁锂电池在铁塔基站直流供电体系中的实际应用(上)
  • 能源电池梯次利用是当能源电池不能称心现有电动车辆的功率和能量必要时,将其转移应用到对能源电池能量密度、功率密度等特性请求较低的其它领域,到达充足发挥其剩余价值的偏向。

    跟着能源短缺和环境净化成就日益特出,电动汽车以其节能、保等优点,遭到普遍存眷。当电动汽车应用的能源电池容量下降到不称心电动汽车续航里程请求时,就必要对能源电池停止退役处理。跟着电动汽车市场的日趋繁华,退役的能源电池的“出路”成就日渐凸显。电动汽的源电池容量衰减至80%,因续航能力不敷而退役,但颠末梯次利用处理,仍可用于基站备电。车用能源电池包以通讯誉48V后备电源为基本模块,电动汽的源电池颠末孔48V模块停止串并集联后,构成车用能源电池模组供电动汽车应用,在能源电池服役期满后可间接应用于通讯领域(见图1)。
      
      1 梯次磷酸铁锂电池基本特性
      
      (1)电池容量的倍率特性
      
      跟着放电电流的增长,电池的放电容量将会有所下降,当放电倍率小于0.33C10时,锂离子电池的放电容量遭到放电倍率的影响很小,放电容量差别不大,基本可以或许认定电池的容量都可以或许100%放出。图2为在20℃时,倍率与恒流放电电压和容量的相干曲线。
      
      (2)电池容量的温度特性
      
      环境温度在0℃以上时,电池容量的衰减速率较慢,而环境温度在0℃如率,电池容量的衰减速率较快,跟着温度的低落电池的内阻本缭龀(见图3)。
      
      (3)梯次磷酸铁锂电池与传统铅酸的对比的优势
      
     ①耐高温:铅酸电池稳固工作的温度规模25~28℃,温度升高会损坏电池,低落电池应用寿命;
      
     、高能量密度:磷酸铁锂电池产品重量比能量可超过130Wh/kg(0.2C,25℃),体积比能量为210Wh/L;铅酸电池产品重量比能量为32~37Wh/kg(0.2C,25℃),体积比能量为70Wh/L;
      
     、大电流充放电机能:磷酸铁锂电池可大电流2C疾速充放电,起动电流可达5C以上,铅酸电池如今无此机能。所以磷酸铁锂电池充电光阴短;
      
     、苈躺保:磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属(镍氢电池需稀有金属),无毒(SGS认证颠末过程);铅酸电池中却存在着大批的铅,在其废弃后若处理不当,仍将对环境够成二次净化。
      
      铅酸电池与梯次磷酸铁锂电池的对比见表1;
      
     、梯级利用能源锂电池应用寿命长、轮回次数多,梯级利用后实践上仍可以或许剩余6年的实际寿命和400~2000次的实际轮回次数,较传统铅酸电池的3~6年应用寿命、200次的实际轮回次数有大幅的提高;
      
     、弈高温能力强,锂电池称心45℃如下极限工况的应用,目前通讯基常用的铅酸电池温度上限仅为35℃;
      
     ⑦放电特性好,大电流放电比量利用率高;
      
     、充放电转换效力高,梯级电池的能孔恍力较铅酸电池高10%~15%;
      
     、占地、重量轻、运输本钱低,梯级电池重量和体积为同容量铅酸电池的1/2或2/3。
      
      2 梯次磷酸铁锂电池应用的技术计划(表2)
      
     ①将退役能源电池停止会合拆解,电芯会合挑选,有伦樽成模范模块,有利于退役电芯的会合挑选与掩护包管品格;退役电芯来源不局限于特定的电动车项目包管数目;最终的电池模块能实现模范化包管兼容(见图4)。
      
     、在退役能源电池基础上间接改革,有利于电池组梯次利用的简略模块化,容上占优势,临盆办法上简略易行,人工本钱低廉,但占地请求较高(见图5)。
      
     、梯次电池工艺流程:挑选电池电芯、测试电压、电芯配组、内部衔接线、BMS、机箱或机架(见图6)。
      
      3 梯次磷酸铁锂电池的基本布局
      
      磷酸铁锂电池由正、负极板(正极活性物质为磷酸铁锂,负极活性物质为石墨)、隔膜、电解质、极耳和铝塑膜外壳构成。正负极板是电化学反应的地区,隔膜、电解质供给Li+的传输通道,颠末过程化成等工艺处理后电池极板外面会构成一层致密的SEI膜(也叫固体电解质界面膜),极耳起到引导电流的感化。正极活性物质是磷酸铁锂,为橄榄石布局,其占和内部布局如图7所示。
      
      磷酸铁锂与导电剂、粘结剂以一定的比例混合,涂覆在铝箔上构成正极,负极活性物质通常是石墨类资料,颠末过程粘结剂附着在铜箔上。正负极之间用聚乙烯隔膜(或许是聚丙烯和聚乙烯复合隔膜)隔开,防止电池短路。隔膜是一种多孔布局的薄膜,充放电过程中Li+可以或许颠末过程其孔隙,而电子e-不能颠末过程。电池的电解液是六氟磷酸锂无机溶剂。
      
      4 梯次磷酸铁锂电池的工作原理
      
      电池充电时,Li+从磷酸铁锂资料中迁移到晶体外面,从正极板资料中脱出,在电场力的感化下,进入电解液,穿过隔膜,再经电解液迁移到负极石墨晶体的外面,然后入负极层状石墨资料中。与此同时,电子流颠末过程正极的铝箔,经极耳、电池极柱、负载、负极极柱、负极耳流向负极的铜箔电极,再经导电体流到石墨负极,使电荷达至均衡。

       电池放电时,Li+从层状石墨晶体中脱嵌,进入电解液,穿过隔膜,再经电解质迁移到磷酸铁锂晶体的外面,然后从新嵌入到磷酸铁锂的资料中。与此同时,电子经导电体流向负极的铜箔电极,经极耳、电池负极柱、负载、正极极柱、正极极耳流向电池正极的铝箔电极,再经导电体流到磷酸铁锂正极,使电荷达至均衡。
      
      5 梯次磷酸铁锂电池的办理体系
      
      电池办理体系重要用于对蓄电池充电过程和放电过程停止办理,提高蓄电池应用寿命,并为用户供给相干信息的电路体系总称。
      
      电池办理体系BMS,由监测、掩护电路、电气、通讯接口、热办理装配等构成,是电池掩护和办理的中央构成部分,不只要包管电池平安靠得住的应用,而且要充足发挥电池的机能和延长应用寿命,作为通讯誉的后备能源,办理体系在开关电源和电池之间起到一个重要桥梁感化。对电池办理体系的请求必需相符通讯电源供电体系的请求,所以电池办理体系的平安办理情势对电池的平安性至关重要。电池办理体系重要包含数据收集单位、计算和节制单位、均衡单位、节制履行单位和通讯单位等。电池办理体系示用意如图8所示。BMS在基站间歇式的供电曲线图如图9所示。
      


      恒流-恒压充电阶段:充电限制电压节制(电池单体3.7V,电池组59.2V);

     间歇式弥补电阶段:开路静置,容量削减X%SOC(此中X取值在75~95之间)时,从新进入弥补电状况,弥补电办法也遵照恒流-恒压充电办法;

     在开路静置状况时,若换电停电,BMS应能节制电池组无延迟进入放电状况。
      
      即T1和T3为充电过程,T1为恒流-恒压充电阶段,T3为间歇式弥补电阶段;T2为电池组开路静置阶段;T4为电池组放电过程。

     

    编辑:Harris

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