动力电池组特性分析与均衡管理

电池组有区别于单体电池的额外特性

,基于目前的动力电池设计与制造技术水平,单体

之间的性能差异在其整个生命周期里客观存在

,要想避免单体由于过充、过放导致提前失效,

使电池组的功能和性能指标达到或者接近单体的平均水平

,对电池组中单体之间实现均衡控

制和管理是必由之路

.电池组均衡管理是一门先进的电池组使用技术,需要结合动力电池电

化学模型、电子电源和计算机控制等多学科技术的最新研究成果

,进行创新设计. 

 

前言

 

被认为是未来汽车的电动汽车是电动源、电机和整车三大技术的结合体

,电动源是电动

汽车的核心部件

,目前已经形成动力锂离子电池及其专用材料的开发热潮.做为一种新型的

动力技术

,锂电池在使用中必须串联才能达到使用电压的需要,单体性能上的参差不齐并不

全是缘于电池的生产技术问题

,从涂膜开始到成品要经过多道工序,即使每道工序都经过严

格的检测程序

,使每只电池的电压、内阻、容量一致,使用一段时间以后,也会产生差异,使得锂

动力电池的使用技术问题迫在眉睫

,而且必须尽快解决.

动力电池组的使用寿命受多种因素影响

,如果电池组寿命低于单体平均寿命的一半以

下

,可以推断都是由于使用技术不当造成的,首要原因当推过充和过放导致单体电池提前失

效

.本文结合锂动力电池特性、电子电源、计算机控制技术研究动力电池组的使用技术,探讨

动力电池组的均衡控制和管理

.

 

1 动力电池主要性能参数

 

1.1 电压

 

开路电压

=电动势+电极过电位,工作电压=开路电压+电流在电池内部阻抗上产生的

电压降

.电动势由电极和电解质材料特性决定,电极的过电位与材料活性、荷电状态和工况有

关

.金属锂标准电极电位-3.05V,3V 锂电池 3.3~2.3V,4V 锂 4.2~3.7V,5V 锂 4.9V~3.0V

1.2 内阻

 

电池在短时间内的稳态模型可以看作为一个电压源

,其内部阻抗等效为电压源内阻,内

阻大小决定了电池的使用效率

.电池内阻包括欧姆电阻和极化电阻两部分,欧姆电阻不随激

励信号频率变化

,又称交流电阻,在同一充放电周期内,欧姆电阻除温升影响外变化很小.极化

电阻由电池电化学特性对外部充放电表现出的抵抗反应产生

,与电池荷电、充放强度、材料活

性都有关

.同批电池,内阻过大或过小者都不正常,内阻过小可能意味材料枝晶生长和微短路,

内阻太大又可能是极板老化、活性物质丧失、容量衰减

,内阻变化可以作为电池裂化的充分性

参考依据之一

.

1.3 温升

 

电池温升定义为电池内部温度与环境温度的差值

.多数锂电池充电时属吸热反应,放电

时为放热反应

,两者都包含内阻热耗.充电初期,极化电阻最小,吸热反应处于主导地位,电池

温升可能出现负值

,充电后期,阻抗增大,释热多于吸热,温升增加,过充时,随不可逆反应的出

现

,逸出气体,内压、温升升高,直到变形、爆裂.