動(dòng)力電池系統(tǒng)ppt課件(參考版)
2025-01-17 09:59本頁(yè)面
【正文】 ④電池單體與電池組的可用容量差異：在充電過(guò)程中，小容量電池將提前充滿，為使電池組中其他電池充滿，小容量電池必將過(guò)充電，充電后期充電電壓偏高，甚至超出電池電壓最高限，形成安全隱患，影響整個(gè)電池組充電過(guò)程，并且過(guò)充電將嚴(yán)重影響電池的使用壽命。在大多數(shù)電池還屬于淺放電情況下，容量不足的電池已經(jīng)進(jìn)入深放電階段，并且在其他電池深放電時(shí)，低容量電池可能已經(jīng)沒(méi)有電量可以放出，成為電路中的負(fù)載。即由于不一致性在工作過(guò)程中的放電率差異。 ②充放電倍率差異：同一種電池都有相同的最佳放電率，容量不同，最佳放電電流就不同。 (3)提高電池一致性的措施 ①溫度差異：在電動(dòng)車輛上電池的安裝位置根據(jù)布置的需要可能在不同的位置，電池所處的熱環(huán)境存在差異，如某箱電池可能靠近電機(jī)等熱源，而部分電池可能處于通風(fēng)狀況良好的區(qū)域。 ⑦保證電池組良好的使用環(huán)境，盡量保證電池組溫度場(chǎng)均勻，減小振動(dòng)，避免水、塵土等污染電池極柱。 (3)提高電池一致性的措施 ⑤間隔一定時(shí)間對(duì)電池組進(jìn)行小電流維護(hù)性充電，促進(jìn)電池組自身的均衡和性能恢復(fù)。 ③在電池組使用過(guò)程中檢測(cè)單電池參數(shù)，尤其是動(dòng)、靜態(tài)情況下（電動(dòng)汽車停駛或行駛過(guò)程中）的電壓分布情況，掌握電池組中單體電池不一致性的發(fā)展規(guī)律，對(duì)極端參數(shù)電池進(jìn)行及時(shí)調(diào)整或更換，以保證電池組參數(shù)不一致性不隨使用時(shí)間而增大。同一批次電池出廠前，以電壓、內(nèi)阻及電池化成數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行參數(shù)相關(guān)性分析，篩選相關(guān)性良好的電池，以此來(lái)保證同批電池的性能盡可能一致。以某鋰離子電池組為例，說(shuō)明電池組在使用過(guò)程中電壓一致性的分布規(guī)律，如圖 422所示。并聯(lián)電壓不一致性如圖 421所示 (2)電池組電壓一致性的發(fā)展規(guī)律 圖 422 電壓不一致性統(tǒng)計(jì)結(jié)果 隨使用時(shí)間和行駛里程的增加，電池的不一致程度逐漸增加。 ③ 內(nèi)阻一致性：電池內(nèi)阻不一致使得電池組中每個(gè)單體在放電過(guò)程中熱損失的能量各不相同，最終會(huì)影響電池單體的能量狀態(tài)。 (1)電池一致性的分類 ② 容量一致性：電池組在出廠前的分選試驗(yàn)可以保證單體電池初始容量一致性較好，在使用過(guò)程中可以通過(guò)電池單體單獨(dú)充放電來(lái)調(diào)整單體電池初始容量，使之差異性較小，所以初始容量不一致不是電動(dòng)汽車電池成組應(yīng)用的主要矛盾。并聯(lián)電壓不一致性如圖 421所示，設(shè) U1的端電壓低于U2，則電流方向如圖 421所示，如同電池充電電路。 ② 在裝車使用時(shí)的環(huán)境差異引起的單體退化差異：由于電池組中各個(gè)電池的溫度、通風(fēng)條件、自放電程度、電解液密度等差別的影響，在一定程度上增加了電池電壓、內(nèi)阻及容量等參數(shù)的不一致性。這層膜的性質(zhì)和質(zhì)量直接影響著電極的充、放電性能和安全性。以鋰離子電池為例，在鋰離子電池存儲(chǔ)期間，石墨負(fù)極的副反應(yīng)是引起鋰離子動(dòng)力電池容量衰減的主要原因?？梢钥闯鲈诟邷叵逻\(yùn)行應(yīng)用的動(dòng)力電池容量衰減明顯大于常溫下工作的電池。h鋰離子動(dòng)力電池不同溫度條件下的容量衰減 不同的動(dòng)力電池均有最佳的工作溫度范圍，過(guò)高或過(guò)低的溫度都將對(duì)電池的使用壽命產(chǎn)生影響。如果充放電倍率過(guò)大，動(dòng)力電池單體還可能會(huì)出現(xiàn)直接損壞，甚至過(guò)熱、短路起火等極端現(xiàn)象。圖419是在不同充放電倍率下動(dòng)力電池單體的容量衰退情況，可以看出，同樣是 充電， 1C放電的電池退化較 ；同樣是 1C放電， 1C充電的電池退化較 。 ③ 充放電倍率 圖 419 不同充放電倍率下動(dòng)力電池的容量衰退情況 動(dòng)力電池單體的充放電倍率是其在使用工況下最直接的特征參數(shù)，其大小直接影響著動(dòng)力電池單體的衰退速度。表 43所示為某鋰離子動(dòng)力電池在不同放電深度下的循環(huán)壽命數(shù)據(jù)。 動(dòng)力電池在充電過(guò)程中一般都伴隨有副反應(yīng)，提高充電截止電壓，甚至超過(guò)電池電化學(xué)電位后進(jìn)行充電一般會(huì)加劇副反應(yīng)的發(fā)生，并導(dǎo)致電池使用壽命縮短，并可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路損壞，甚至著火爆炸等危險(xiǎn)工況的出現(xiàn)。鋰離子電池電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)后，其負(fù)極表面會(huì)形成一層電子絕緣且離子可導(dǎo)的固體電解質(zhì)界面膜，這主要是由于電解液在負(fù)極表面的還原分解而形成的。存儲(chǔ)過(guò)程中，由于電池的自放電、正負(fù)極材料鈍化、電解液分解蒸發(fā)、電化學(xué)副反應(yīng)等因素，將導(dǎo)致電池產(chǎn)生不可逆的容量損失?？梢钥闯鲈诟邷叵逻\(yùn)行應(yīng)用的動(dòng)力電池容量衰減明顯大于常溫下工作的電池。不同的動(dòng)力電池均有最佳的工作溫度范圍，過(guò)高或過(guò)低的溫度都將對(duì)電池的使用壽命產(chǎn)生影響。如果充放電倍率過(guò)大，動(dòng)力電池單體還可能會(huì)出現(xiàn)直接損壞，甚至過(guò)熱、短路起火等極端現(xiàn)象。圖 419是在不同充放電倍率下動(dòng)力電池單體的容量衰退情況，可以看出，同樣是 ， 1C放電的電池退化較 ；同樣是 1C放電， 1C充電的電池退化較 。動(dòng)力電池單體的充放電倍率是其在使用工況下最直接的特征參數(shù)，其大小直接影響著動(dòng)力電池單體的衰退速度。從中可以發(fā)現(xiàn)，淺充淺放可以有效地提高動(dòng)力電池的使用壽命。深度放電會(huì)加速動(dòng)力電池的衰退。動(dòng)力電池在充電過(guò)程中一般都伴隨有副反應(yīng)，提高充電截止電壓，甚至超過(guò)電池電化學(xué)電位后進(jìn)行充電一般會(huì)加劇副反應(yīng)的發(fā)生，并導(dǎo)致電池使用壽命縮短，并可能導(dǎo)致電池內(nèi)部短路損壞，甚至著火爆炸等危險(xiǎn)工況的出現(xiàn)。 (7)通信功能 通過(guò)電池管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電池參數(shù)和信息與車載設(shè)備或非車載設(shè)備的通信，為充放電控制、整車控制提供數(shù)據(jù)依據(jù)是電池管理系統(tǒng)的重要功能之一，根據(jù)應(yīng)用需要，數(shù)據(jù)交換可采用不同的通信接口，如：模擬信號(hào)、 PWM信號(hào)、 CAN總線或 I2C串行接口。 (6)均衡控制 由于電池的一致性差異導(dǎo)致電池組的工作狀態(tài)由最差電池單體決定。對(duì)于大功率放電和高溫條件下使用的電池，電池的熱管理尤為必要。 安全管理系統(tǒng)主要有以下功能：煙霧報(bào)警；絕緣檢測(cè)；自動(dòng)滅火；過(guò)電壓和過(guò)電流控制；過(guò)放電控制；防止溫度過(guò)高；在發(fā)生碰撞的情況下關(guān)閉電池。 (4)安全管理 安全管理主要用于監(jiān)視電池電壓、電流、溫度等是否超過(guò)正常范圍，防止電池組過(guò)充、過(guò)放。在電動(dòng)汽車中，準(zhǔn)確估算蓄電池 SOC主要有保護(hù)蓄電池、提高整車性能、降低對(duì)動(dòng)力電池的要求以及提高經(jīng)濟(jì)性等作用。 SOH用來(lái)提示電池技術(shù)狀態(tài)、預(yù)計(jì)可用壽命等健康狀態(tài)的參數(shù)。 (2)電池狀態(tài)計(jì)算 電池狀態(tài)計(jì)算主要包括 SOC和電池組健康狀態(tài)（ State of Heath, SOH）兩方面。 主要功能 (1)數(shù)據(jù)采集 (2)電池狀態(tài)計(jì)算 (3)能量管理 (4)安全管理 (5)熱管理 (6)均衡控制 (7)通信功能 (8)人機(jī)接口 主要功能 圖 414 電池管理系統(tǒng)功能示意圖 (1)數(shù)據(jù)采集 電池管理系統(tǒng)的所有算法均以采集的動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)作為輸入，采樣速率、精度和前置濾波特性是影響電池系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。 動(dòng)力電池管理系統(tǒng) 基本構(gòu)成 主要功能 基本構(gòu)成 圖 412 電池管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 如圖 412所示為主從式電池管理系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它采用一個(gè)主控單元（ BCU）、多個(gè)從控單元（ HMU、 BMU）的結(jié)構(gòu)形式。
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