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3.电芯替换技术
电芯替换技术主要解决电池组在电芯替换时,替换的电芯与原电池组的匹配问题,匹配性的好坏直接决定了替换后电池组的使用寿命。
3.1 电池配组系统
电池配组系统的工作流程如下:
(1)用于替换的电芯(可以是新电芯也可以是旧电芯),通过电芯性能测试系统,获得该电池的开路电压、容量、充/放电曲线等信息,并录入到电芯模型库中,该模型库中存有所有拟用于替换的电芯信息;
(2)待配组的电池组通过电池组性能检测系统,获得电池组内所有电芯的开路电压、容量、充/放电曲线等信息,准确挑出需要更换的“短板电芯”,同时根据该箱电池中其他电芯的真实性能和容量整体评估的结果,给出需要进行匹配的电芯需求信息;
(3)通过电芯的开路电压、容量、充/放电曲线的比对,在电芯模型库中,找出匹配度较好的电芯,测试通过则替换过程完成。
3.2 电池组性能检测
电池组性能检测系统主要是有2个功能:通过对电池组内所有电芯的开路电压、容量、充/放电曲线等信息查询,准确挑出需要更换的“短板电芯”;验证重新装配后的电池组是否匹配良好。
检测系统构成的便捷式设备主要由程控充电机、程控负载、无线采集系统、总控制器组成。电池组性能检测设备原理如图3所示。系统通过对电池组中BMS(电池管理系统)的通信获得电芯信息。
以替换前后动力电池组为例,电池组性能检测系统开启,对电池组各单体电芯到达放电截止电压点时(截止电压2.8V)电压、压差(放电截止时单体电压最高值和最低值差)、充/放电容量等信息进行检测。
检测数据表明,第10节电芯的充电容量为51.54Ah,放电容量为52.34Ah,初始放电容量为60Ah,充/放电值均比整组低,放电时尤为明显,放电值略低0.05V左右,说明充电和放电容量都不足,此时整组电池容量为初始容量的87.23%,第10节单体放电时最先到达放电截止电压,且压差为0.344V,不符合压差不超过0.22V的规定,故第10节电芯属于短板电芯,此时的电池组需要维护。
将第10节电芯替换后,电池组放电截止时所有单体电芯的电压信息见表2。替换后电池组容量57.58Ah,压差0.213V。基于上述研究提出替换指标,即电池容量下降为初始容量的90%~92%,压差达到0.22V左右时,要对电池进行维护,参考值以容量值为主、压差值为辅。
4.电芯替换后循环寿命试验
证重组匹配成功后,按照测试方案继续进行测试。
在电芯替换前,针对某一电池组的循环测试过程中,因其容量衰减速率较快,在其循环到277次,容量降至52.34Ah(约为初始容量的87%)。对其采用电芯替换措施后,其放电容量立刻得到提升,当循环次数为1062次,放电容量为47.99Ah(约为初始容量的80%),表明电池组循环寿命为1061次,说明电芯替换方法能有效延长电池组寿命。
5.结语
电芯替换技术可以提高电芯的一致性,保持电池组的可用容量和延长循环使用寿命。尤其在部分电池组中存在“短板电芯”导致可用容量骤降及寿命缩短的情况下,维护效果更加显著。随着电动汽车的推广,基于电芯替换的电动汽车动力电池组维护技术,具有良好的经济性和广阔的应用前景。
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