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《動力電池組特性分析與均衡管理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、動力電池組特性分析與均衡管理陳守平，張軍,方英民，梁毅摘要：電池組有區(qū)別于單體電池的額外特性，基于目前的動力電池設(shè)計與制造技術(shù)水平，單體之間的性能差異在其整個生命周期里客觀存在，要想避免單體由于過充、過放導(dǎo)致提前失效，使電池組的功能和性能指標(biāo)達(dá)到或者接近單體的平均水平，對電池組中單體之間實現(xiàn)均衡控制和管理是必由之路。電池組均衡管理是一門先進(jìn)的電池組使用技術(shù)，需要結(jié)合動力電池電化學(xué)模型、電子電源和計算機(jī)控制等多學(xué)科技術(shù)的最新研究成果，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。關(guān)鍵詞：鋰離子電池、動力電池組、蓄電池組、電池組使用技術(shù)、均衡控制、電池組管理0前言 被認(rèn)為是未來汽車的電動
2、汽車是電動源、電機(jī)和整車三大技術(shù)的結(jié)合體，電動源是電動汽車的核心部件，目前已經(jīng)形成動力鋰離子電池及其專用材料的開發(fā)熱潮。做為一種新型的動力技術(shù)，鋰電池在使用中必須串聯(lián)才能達(dá)到使用電壓的需要，單體性能上的參差不齊并不全是緣于電池的生產(chǎn)技術(shù)問題，從涂膜開始到成品要經(jīng)過多道工序，即使每道工序都經(jīng)過嚴(yán)格的檢測程序，使每只電池的電壓、內(nèi)阻、容量一致，使用一段時間以后，也會產(chǎn)生差異，使得鋰動力電池的使用技術(shù)問題迫在眉睫，而且必須盡快解決。 動力電池組的使用壽命受多種因素影響，如果電池組壽命低于單體平均壽命的一半以下，可以推斷都是由于使用技術(shù)不當(dāng)造成的，首要原因當(dāng)推
3、過充和過放導(dǎo)致單體電池提前失效。本文結(jié)合鋰動力電池特性、電子電源、計算機(jī)控制技術(shù)研究動力電池組的使用技術(shù)，探討動力電池組的均衡控制和管理。1動力電池主要性能參數(shù)1.1電壓 開路電壓=電動勢+電極過電位，工作電壓=開路電壓+電流在電池內(nèi)部阻抗上產(chǎn)生的電壓降。電動勢由電極和電解質(zhì)材料特性決定，電極的過電位與材料活性、荷電狀態(tài)和工況有關(guān)。金屬鋰標(biāo)準(zhǔn)電極電位-3.05V，3V鋰電池3.3~2.3V，4V鋰4.2~3.7V，5V鋰4.9V~3.0V。1.2內(nèi)阻 電池在短時間內(nèi)的穩(wěn)態(tài)模型可以看作為一個電壓源，其內(nèi)部阻抗等效為電壓源內(nèi)阻，內(nèi)阻大小決定了電池的使用效
4、率。電池內(nèi)阻包括歐姆電阻和極化電阻兩部分，歐姆電阻不隨激勵信號頻率變化，又稱交流電阻，在同一充放電周期內(nèi)，歐姆電阻除溫升影響外變化很小。極化電阻由電池電化學(xué)特性對外部充放電表現(xiàn)出的抵抗反應(yīng)產(chǎn)生，與電池荷電、充放強(qiáng)度、材料活性都有關(guān)。同批電池，內(nèi)阻過大或過小者都不正常，內(nèi)阻過小可能意味材料枝晶生長和微短路，內(nèi)阻太大又可能是極板老化、活性物質(zhì)喪失、容量衰減，內(nèi)阻變化可以作為電池裂化的充分性參考依據(jù)之一。1.3溫升 電池溫升定義為電池內(nèi)部溫度與環(huán)境溫度的差值。多數(shù)鋰電池充電時屬吸熱反應(yīng)，放電時為放熱反應(yīng)，兩者都包含內(nèi)阻熱耗。充電初期，極化電阻最小，吸熱反應(yīng)處
5、于主導(dǎo)地位，電池溫升可能出現(xiàn)負(fù)值，充電后期，阻抗增大，釋熱多于吸熱，溫升增加，過充時，隨不可逆反應(yīng)的出現(xiàn)，逸出氣體，內(nèi)壓、溫升升高，直到變形、爆裂。1.4內(nèi)壓 電池內(nèi)部壓力，由于電池內(nèi)部反應(yīng)逸出氣體導(dǎo)致氣壓增大，氣壓過大將撐破殼體和發(fā)生爆裂，基于安全考慮，一方面鋰電池都設(shè)計了單向的防爆閥門，一方面用塑殼制造。析氣反應(yīng)常伴隨著不可逆反應(yīng)，也就意味著活性物質(zhì)的損失、電池容量的下降，無析氣、小溫升充放電是最理想的。1.5電量 電學(xué)里，電量用Wh表示，是能量單位，一度電等于1kWh，電池常用Ah計算電量，對于動力電池側(cè)重于功率和能量大小，用Wh更直接一些，因
6、為電池的電壓是變化的，其全程變化量可達(dá)到極大值的一半左右，用Ah計算電量不能正確描述電池的動力驅(qū)動能力，但Ah作為電池的電量單位自有其歷史和道理，在不引起歧義的地方兩種電量單位都可以使用。1.6荷電 電池還有多少電量，又稱剩余電量，常取其與額定容量或?qū)嶋H容量的比值，稱荷電程度。是人們在使用中最關(guān)心的、也是最不易獲得的參數(shù)數(shù)據(jù)，人們試圖通過測量內(nèi)阻、電壓電流的變化等推算荷電量，做了許多研究工作，但直到目前，任何公式和算法都不能得到統(tǒng)計數(shù)據(jù)的有效支持，指示的荷電程度總是非線性變化。1.7容量 電池在充足電以后，開始放電直到放空電為止，能輸出的最大電量。容
7、量與放電電流大小有關(guān)，與充放電截止電壓也有關(guān)系，故容量定義為小時率容量，動力電池常用1小時率（1C）或2小時率(0.5C)容量。電池在化成之前材料的活性不能正常發(fā)揮，容量很小，化成過程開始后，電池進(jìn)入其生命期，在整個生命期里，電池的活化和劣化過程是一個問題的兩個方面，初期活化作用處于主導(dǎo)地位，電池容量逐漸上升，以后，活化和劣化作用都不明顯或相當(dāng)，后期，劣化作用顯著，容量衰減，規(guī)定容量衰減到一定比例(60%)后，電池壽命終結(jié)。1.8功率 電學(xué)定義直流電源的輸出功率等于輸出電壓與電流的乘積，鋰電池單體電壓高，在相同的輸出電流下，其功率分別是鉛酸、鎳鎘鎳氫的
8、1.8倍和3倍。電動汽車用動力電池組的負(fù)載是電機(jī)控制器，電機(jī)控制器根據(jù)車速變化調(diào)
