姜久春動力電池成組應(yīng)用基礎(chǔ)理論

1、動力電池成組應(yīng)用基礎(chǔ)理論北京交通大學(xué)2011年12月姜久春動力電池成組應(yīng)用主要問題電池特性建模理論電池組一致性影響因素及評價方法電池串并聯(lián)優(yōu)化成組理論工況條件電池壽命測試方法及建模理論報告內(nèi)容動力電池成組應(yīng)用主要問題電池的購買成本高3年或15萬公里目標(biāo)達(dá)不到，儲能領(lǐng)域？電池成組應(yīng)用壽命短電池成組應(yīng)用理論不完善充電方法及放電控制不成熟電池維護(hù)量大在線電池狀態(tài)識別理論與技術(shù)存在缺陷有效的在線維護(hù)系統(tǒng)尚未實現(xiàn)充電基礎(chǔ)設(shè)施不完善充電時間長占地面積大建設(shè)成本高關(guān)鍵問題電池特性建模理論電池特性模型SOC估計SOE估計電池可用容量極化電壓辨識解決快速充電問題SOH評價電池模型是電池狀態(tài)估算、性能分析、科學(xué)評

2、價和使用的基礎(chǔ)，是從電池外部特性到內(nèi)部狀態(tài)的橋梁。電池特性建模理論阻容模型充電初期去極化采用曲線擬合求解極化電壓估算電池SOC識別原理電池特性建模理論極化估算全充電時間100次循環(huán)后容量下降1/3C恒壓恒流3小時43分鐘（223min）3.6Ah恒極化充電1小時15分鐘（75min）2.3Ah充電時間縮短148min或66%，容量下降少1.3Ah或36%，有效的解決了充電的快速性和長壽命之間的矛盾。電池優(yōu)化充電技術(shù)性能比較典型應(yīng)用電池組一致性影響因素及評價方法電池不一致性生產(chǎn)過程不一致電池初始性能差異使用過程不一致溫度場分布不均自放電率不同充放電倍率極化效應(yīng)影響容量和能量利用影響功率輸出影響狀

3、態(tài)估算電池組一致性影響因素及評價方法內(nèi)阻極化SOC影響電池一致性的主要指標(biāo)：最大可用容量電池端電壓是電池不一致性的外在表現(xiàn)，與電池內(nèi)阻、SOC、極化以及最大可用容量密切相關(guān)。電池組一致性影響因素及評價方法電池組一致性量化評價電池組容量利用率電池組能量利用率均衡原則：1.保持電池單體SOC一致性;2. 使電池組可用容量最大化;3. 采用小電流通過較長時間充放電進(jìn)行電池均衡A 均衡前B 均衡后電池主動均衡技術(shù)均衡結(jié)果典型應(yīng)用電池串并聯(lián)優(yōu)化成組理論40Ah20Ah+=60Ah?并聯(lián)思考1：思考2：電池先串后并與先并后串對電池組 性能有何影響？如何建立電池最優(yōu) 成組方式？ 思考3：電池組即插即用？電池

4、串并聯(lián)優(yōu)化成組理論電池并聯(lián)建模當(dāng)LiFePO4電池并聯(lián)后，影響充放電電流的主要因素有電池實際容量Q，電池歐姆內(nèi)阻R，內(nèi)電壓UOCV，極化電壓Up，即并聯(lián)電池的外電壓Ut與UOCV之差，表示為U，反映了單體電池內(nèi)電壓的差異程度，并隨著并聯(lián)各支路不平衡電流引起的歐姆壓降UR的變化和極化電壓Up的變化而改變。 4只電池并聯(lián)模型電池串并聯(lián)優(yōu)化成組理論并聯(lián)對充放電影響同類型電池各自的充放電特性十分相近，并聯(lián)條件下的各電池初始充放電倍率受電池內(nèi)阻影響較大磷酸鐵鋰OCV-SOC曲線平坦將導(dǎo)致：并聯(lián)單體在充放電過程中SOC差異較大；內(nèi)阻差異對支路電流差異影響明顯。初始狀態(tài)較小的差異引起電池較大的差異，如極化。

5、電池串并聯(lián)優(yōu)化成組理論并聯(lián)對充放電影響增加電池并聯(lián)的數(shù)量，支路電流的差異明顯減小，電池的工作狀態(tài)相互接近。結(jié)果表明：并聯(lián)電池的自均流效應(yīng)使得多個電池并聯(lián)可以有效減小充放電初始電流的差異，使充放電過程電流差異減小。 電池串并聯(lián)優(yōu)化成組理論并聯(lián)對壽命的影響影響壽命的因素主要是極化狀況和溫度并聯(lián)電池的極化狀況在充放電過程中處于不完全可控的狀況。并聯(lián)后的支路電流完全受SOC、內(nèi)阻、極化等參數(shù)改變而改變，在一定程度上會出現(xiàn)過電流或者電池極化電壓嚴(yán)重的區(qū)間先串后并的方案可以有效估算各電池的極化狀態(tài)，得出并聯(lián)的允許條件先并后串的方案需要測試電池適合工作的溫度條件和使用區(qū)間電池組壽命模型指導(dǎo)動力電池組應(yīng)用為電池梯次利用提供理論依據(jù)工況條件下電池壽命測試方法及建模理論工況條件下電池壽命測試方法及建模理論 溫度不一致性使用區(qū)間循環(huán)次數(shù)工況強度 1. 分析影響電池壽命的影響因素。 2. 分析各因素的相關(guān)性和主因素。 溫度工況強度使用區(qū)間電池壽命測試方法溫度對容量衰退的影響電流倍率對容量衰退的影響放電區(qū)間對容量衰退的影響0.5C/0.5C 室溫0.5C/0.5C 450.5C/0.5C 501C/1C 室溫0.5C/0.5C 室溫工況條件下電池壽命測試方法及建模理論電池成組應(yīng)用研究目標(biāo)：準(zhǔn)確估算各個單體電池的各種狀態(tài)（內(nèi)阻、容量、極化SOC、SOE、SOH）；電池組可利用能量接近各單體電池能量之