新型電池充放電管理系統(tǒng)設計

田登偉 曾實現(xiàn) 邵瑞影

【摘 要】基于儲能系統(tǒng)電池成組的特點，設計一種新型的電池充放電管理系統(tǒng)，具有解決在電池成組技術中，單體電池電壓不一致、高低溫環(huán)境下電池無法正常工作、充放電回路中電壓電流難以精準掌握、剩余電池容量的難以準確估算的功能，可以使電池組高效率工作并且可以延長電池使用壽命。新型電池充放電管理系統(tǒng)，還有過壓、欠壓、高溫、低溫、過流等異常情況報警的能力，在使用過程中有效避免了電池組異常情況的進一步惡化。新型電池充放電管理系統(tǒng)，引入了電池均衡管理主動、被動兩種均衡方式，對電池的一致性進行實時監(jiān)測和調(diào)整，可以非常有效的解決電池組單體電壓不一致的難題。

【關鍵詞】儲能系統(tǒng)；電池成組；應用

一、緒論

電池成組技術已在電動大巴、電動轎車、電網(wǎng)儲能等多個領域得到應用，在國家大力發(fā)展清潔能源的環(huán)境下，未來還有更大的發(fā)展空間[1]。大容量鋰電池儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用發(fā)展?jié)摿薮螅M管國內(nèi)單體制造技術已相對成熟，但電池成組理論研究不多，成組后性能極大程度下降以及安全性問題也亟待解決[2]。

二、儲能系統(tǒng)中電池成組方式

將儲能支路定義為儲能系統(tǒng)的最小組成單元，由一臺儲能變流器（PCS）、電池堆（BP）和電池管理系統(tǒng)（BMS）構成。電池堆是儲能支路的核心單元，由單體電池的串并聯(lián)組合構成，即傳統(tǒng)意義上的電池成組，設計中需要滿足一定的原則以兼顧電池連接的安全可靠性以及電池管理監(jiān)控的方便合理性[3]，其層次關系如圖1所示。

三、新型電池系統(tǒng)的結構設計

（一）專用芯片選擇

采用Linear公司推出的專用的電池電壓監(jiān)測芯片LTC6803，LTC6803在13ms內(nèi)能夠完成所有單體電壓數(shù)據(jù)，采集過后數(shù)據(jù)通信速率能夠達到1Mhz，芯片內(nèi)部集成12位ADC，通過讀取寄存器相應的標志位，能夠自動檢測電池過壓與欠壓狀態(tài)，同時LTC6802有自帶均衡控制引腳，最大共模電壓能夠達到60V，同時采集12節(jié)鋰電池電壓。

（二）電池選擇及其電池系統(tǒng)結構

系統(tǒng)選用NCR18650B電池，容量可達3400mah，電壓的標稱為3.7V，充滿后是4.2V，放完電為2.75V，可以反復充放1000次以上，內(nèi)阻很小，電池的利用率較高。但是，電池單體宜用恒流-恒壓充電方式，充電電流最大不超過2.38A，典型充電電流是1.62A，充電電壓不應超過4.2V，充電時環(huán)境溫度范圍：0-40℃，放充電電流最大不超過4.87A，放電電壓不低于2.5V，放電時環(huán)境溫度-20-60℃。

結合變流器電壓、充放電功率、NCR18650B電池特性和電池電壓監(jiān)測芯片LTC6803的特性。電池單體數(shù)量總計2400顆，電池系統(tǒng)結構確定為24串，25并，4組，一個BMS從機監(jiān)控24個電池單體，如圖1所示為整體系統(tǒng)結構簡圖。電池系統(tǒng)額定電壓為355.2V，正常工作時電壓范圍為：264-403.2V，充電電流40.5A，充電功率14kW。放電電流最大為121.75A。最大放電功率43kW。

四、結論

結合目前國內(nèi)技術現(xiàn)狀，當前在電池成組技術應用的可行方向是從技術層面上提高，積極推進示范工程的試點運行工作，為電池儲能系統(tǒng)的進一步技術發(fā)展和理論深化提供充分的實驗數(shù)據(jù)與平臺支撐。未來需重點突破的技術包括：加快大容量單體電池研制，簡化電池模塊的串并聯(lián)連接，模塊標準化應用；實現(xiàn)靈活的電池分選、冗余保護和高效的模塊均衡控制，以應對當前電池一致性差異大及狀態(tài)辨識可靠性不高的條件限制；統(tǒng)計分析研究不同應用環(huán)境和使用工況下的電池組失效模式和壽命分布，進行電池組剩余壽命預測。

新型電池充放電管理系統(tǒng)，可以將采集的電池組各單體電池電壓、溫度反饋到主控系統(tǒng)以便主控對電池組工作狀態(tài)的掌握，在充電和放電過程中對充放電時間和充放電電流以及充放電電量進行精準判斷，進一步提高電池的工作效率和使用壽命。新型電池充放電管理系統(tǒng)綜合考慮了鋰電池、蓄電池及其他常用電池種類的共性和差異，可以對當下的大多數(shù)種類的電池進行充放電管理，在未來越來越多的電池種類、用電場合下，新型電池充放電管理系統(tǒng)，將會發(fā)揮越來越重要的作用，并且將會為國家發(fā)展清潔能源助力。

【參考文獻】

[1]鐘愛玲.一種便攜式光伏電源系統(tǒng)的儲能單元研究[J].電子世界，2017（16）：24+26.

[2]周鄭，黃斐，蘇丹，郭漢明.基于STM32的嵌入式系統(tǒng)電源管理設計[J].軟件導刊，2018，17（01）：105-107+121.

[3]趙夢戀，吳曉波，嚴曉浪.一種智能化電源管理集成電路的研究[J].浙江大學學報（工學版），2005（07）：921-925.