不共同性機(jī)理

1單體電池之間參數(shù)差異

單體電池之間的狀況差異首要包含單體電池初始差異和運(yùn)用進(jìn)程中發(fā)生的參數(shù)差異。電池規(guī)劃、制作、存儲(chǔ)以及運(yùn)用進(jìn)程中存在多種不可操控的因素,會(huì)影響電池的共同性。進(jìn)步單體電池的共同性是進(jìn)步電池組功能的先決條件。單體電池參數(shù)的相互影響,當(dāng)前的參數(shù)狀況受初始狀況和時(shí)刻累積用途的影響。

1

電池容量、電壓和自放電速率

電池容量不共同會(huì)使電池組各單體電池放電深度不共同。容量較小、功能較差的電池將提早到達(dá)滿充電狀況,形成容量大、功能好的電池不能到達(dá)滿充電狀況;

電池電壓的不共同將導(dǎo)致并聯(lián)電池組中單體電池互充電,電壓較高的電池將給電壓較低的電池充電,這會(huì)加速電池功能的衰減,損耗整個(gè)電池組的能量;

自放電速率大的電池容量損失大,電池自放電速率的不共同將導(dǎo)致電池荷電狀況、電壓發(fā)生差異,影響電池組的功能。

2

電池內(nèi)阻

串聯(lián)體系中,單體電池內(nèi)阻差異將導(dǎo)致各個(gè)電池的充電電壓不共同,內(nèi)阻大的電池提早到達(dá)電壓上限,此刻其他電池或許未充滿電。內(nèi)阻大的電池能量損耗大,發(fā)生的熱量高,溫度差異進(jìn)一步增大內(nèi)阻差異,導(dǎo)致惡性循環(huán)。

并聯(lián)體系中,內(nèi)阻差異將導(dǎo)致各個(gè)電池電流的不共同,電流大的電池電壓改動(dòng)快,使各個(gè)單體電池的充放電深度不共同,形成體系的實(shí)踐容量值難以到達(dá)規(guī)劃值。電池工作電流不同，其功能在運(yùn)用進(jìn)程中會(huì)發(fā)生差異，最終會(huì)影響整個(gè)電池組的壽數(shù)。

2充放電工況

充電辦法影響鋰離子電池組的充電功率和充電狀況,過充過放都會(huì)損壞電池,屢次充放電后電池組會(huì)暴露不共同性。現(xiàn)在,鋰離子電池充電辦法有數(shù)種,但常見的有分段恒流充電辦法和恒流恒壓充電辦法。恒流充電是較為抱負(fù)的辦法,能夠進(jìn)行安全、有用的滿充;恒流恒壓充電有用結(jié)合了恒流充電和恒壓充電的長(zhǎng)處,解決了一般恒流充電辦法難以精準(zhǔn)滿充的問題,防止了恒壓充電辦法在充電初期電流過大對(duì)電池形成的影響,操作簡(jiǎn)略方便。

3溫度

鋰離子電池在高溫和高放電倍率下的功能會(huì)有明顯衰減。這是因?yàn)殇囯x子電池在高溫條件下和大電流運(yùn)用時(shí),會(huì)形成正極活性物質(zhì)和電解液的分解,這是放熱進(jìn)程,短時(shí)刻放出等熱量能導(dǎo)致電池本身溫度進(jìn)一步升高,溫度升高又加速了分解現(xiàn)象,形成惡性循環(huán),加速分解使電池功能進(jìn)一步下降。所以,假如電池組熱辦理不妥,會(huì)帶來不可逆功能損降。

電池組規(guī)劃和運(yùn)用環(huán)境差異會(huì)形成單體電池所在溫度環(huán)境不共同。由Arrhenius規(guī)律可知,電池的電化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)與度呈指數(shù)聯(lián)系,不同溫度下電池電化學(xué)特性不同。溫度會(huì)對(duì)電池電化學(xué)體系的運(yùn)轉(zhuǎn)、庫侖功率、充放電才能、輸出功率、容量、牢靠性以及循環(huán)壽數(shù)發(fā)生影響。現(xiàn)在,首要展開的是溫度對(duì)電池組不共同性影響定量化研討。圖1給出了鋰離子電池發(fā)生熱失控的原因。

4電池外電路

1

銜接辦法

在規(guī)劃儲(chǔ)能體系中,電池將以串并聯(lián)的辦法組合在一起,因而在電池和模塊之間會(huì)有許多銜接電路和操控元件。因?yàn)槊總€(gè)結(jié)構(gòu)件或元器件的功能和老化速度不同,以及每個(gè)銜接點(diǎn)耗費(fèi)的能量不共同,不同器件對(duì)電池的影響不相同,形成電池組體系的不共同。并聯(lián)電路中電池衰減速度的不共同會(huì)加速體系的惡化。

銜接片阻抗也會(huì)對(duì)電池組的不共同性發(fā)生影響,銜接片阻值不盡相同,極柱到各單體電池支路的阻值不同,遠(yuǎn)離極柱的電池因銜接片較長(zhǎng)而阻值較大,電流則較小,銜接片會(huì)使得與極柱相連的單體電池最早到達(dá)截止電壓,形成能量使用率下降,影響電池功能,并且該單體電池提早老化會(huì)導(dǎo)致與其相連的電池過充,形成安全隱患。

跟著電池循環(huán)次數(shù)增多,將形成歐姆內(nèi)阻添加,容量衰減,歐姆內(nèi)阻與銜接片阻值的比率將發(fā)生改動(dòng)。為確保體系安全性,有必要考慮銜接片阻值的影響。

2

BMS輸入電路

電池辦理體系(BMS)是電池組正常運(yùn)轉(zhuǎn)的確保,但BMS輸入電路會(huì)對(duì)電池的共同性發(fā)生晦氣影響。電池電壓的監(jiān)測(cè)辦法有精密電阻分壓、集成芯片采樣等,這些辦法因?yàn)殡娮枧c電路板通路的存在,無法防止采樣線外載漏電流,電池辦理體系電壓采樣輸入阻抗將添加電池荷電狀況(SOC)的不共同性,影響電池組的功能。

5SOC預(yù)算差錯(cuò)

SOC不共同發(fā)生的原因有單體電池初始標(biāo)稱容量不共同和工作中單體電池標(biāo)稱容量衰減速度不共同。有關(guān)并聯(lián)電路,單體電池的內(nèi)阻差異會(huì)形成電流分配不均,進(jìn)而導(dǎo)致SOC的不共同。SOC算法包含安時(shí)積分法、開路電壓法、卡爾曼濾波法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、含糊邏輯法、放電測(cè)試法等。安時(shí)積分法在起始荷電狀況SOC0比較精確時(shí)有較好的精度,可是庫侖功率受電池荷電狀況、溫度和電流等狀況的影響較大,難以精確測(cè)量,因而安時(shí)積分法很難到達(dá)荷電狀況估計(jì)的精度要求。開路電壓法在較長(zhǎng)時(shí)刻靜置之后，電池的開路電壓與SOC存在確定的函數(shù)聯(lián)系，經(jīng)過測(cè)量端電壓來取得SOC的估計(jì)值。開路電壓法具有預(yù)算精度高的長(zhǎng)處，可是靜置時(shí)刻長(zhǎng)的缺陷也限制了其運(yùn)用范圍。

成組不共同性優(yōu)化辦法

1單體電池制作技能

1

鋰離子電池資料

鋰離子電池的正極資料有三元資料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰等,負(fù)極資料有石墨、硅和鈦酸鋰等。同批次原資料對(duì)電池功能的共同性十分重要,在生產(chǎn)進(jìn)程中,要對(duì)原資料的粒徑散布、比表面積和雜質(zhì)含量等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的操控,確保原資料的批次共同性。

2

鋰離子電池生產(chǎn)工藝

電池的生產(chǎn)工藝由多個(gè)工序組成,每個(gè)工序進(jìn)程都或許會(huì)影響電池的共同性。生產(chǎn)單體功能要共同,有必要對(duì)每一個(gè)工序進(jìn)行合理的規(guī)劃和管控,使之平行重復(fù)。依據(jù)電池的功能要求規(guī)劃電池生產(chǎn)工序,剖析原資料、電極和電解液等參數(shù)對(duì)電池共同性的影響,然后合理操控各個(gè)工序參數(shù)的閾值。生產(chǎn)線削減人為干預(yù),完成自動(dòng)化也能進(jìn)步電池的共同性。

2分選制度

為了下降初始狀況差異對(duì)電池組的晦氣影響,通常要對(duì)單體電池進(jìn)行篩選,將狀況參數(shù)較為共同的電池組合在一起。電池成組辦法首要有單參數(shù)配組法、多參數(shù)配組法和動(dòng)態(tài)特性曲線配組法。動(dòng)態(tài)特性曲線配組法經(jīng)過比較同一倍率下不同電池間充放電曲線的差異,能夠很好地反映電池特性,分選用途抱負(fù)。

3電池組外電路

1

電池串并聯(lián)辦法

電池組的銜接辦法影響電池共同性。現(xiàn)在有兩種較好的銜接辦法:先并聯(lián)兩個(gè)相同的電池為一個(gè)模塊,再將模塊串聯(lián)起來(PSB);先串聯(lián)兩個(gè)不同的電池為一個(gè)模塊,再將模塊并聯(lián)起來(SPA)。

2

電池辦理體系

為了進(jìn)步電池的功能和運(yùn)用壽數(shù)要對(duì)單體電池進(jìn)行辦理和維護(hù)。電池辦理體系是電池體系正常運(yùn)轉(zhuǎn)的重要確保,首要任務(wù)是確保電池組的功能,防止電池?fù)p壞,防止安全事故,使電池在適合的區(qū)域內(nèi)工作,延長(zhǎng)壽數(shù)。BMS由傳感器、執(zhí)行器、操控器和信號(hào)線等部分組成,首要功能有:數(shù)據(jù)收集、狀況估計(jì)、充放電操控、均衡充電、熱量辦理、安全辦理和數(shù)據(jù)通信等。

盡管電池辦理技能現(xiàn)已被廣泛運(yùn)用,但還要繼續(xù)完善,尤其是在SOC的預(yù)算和數(shù)據(jù)收集精確度、均衡電路、電池快充等方面。因?yàn)椴煌愋偷碾姵靥匦跃哂胁町?適用于所有電池的BMS是現(xiàn)在的首要研討方向。

3

均衡操控

為了緩解甚至消除電池組中各單體電池間的不共同性,進(jìn)步電池組的功能、壽數(shù)和安全性,經(jīng)過均衡電路和均衡操控戰(zhàn)略能夠有用地改進(jìn)電池組的不共同性。

均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研討首要是對(duì)均衡電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃與改進(jìn),進(jìn)步均衡功率,下降成本。依據(jù)均衡電路在均衡進(jìn)程中電路是否耗費(fèi)能量能夠分為能耗式均衡和非能耗式均衡。能耗式均衡電路選用耗能元件耗費(fèi)電池組中電壓較高的電池電量,然后完成單體電池共同性,電路簡(jiǎn)略,均衡速度快,功率高,但會(huì)導(dǎo)致電池組能量使用率不高;非能耗式電路使用儲(chǔ)能元件和均衡外電路來完成電池間的能量轉(zhuǎn)移,能量使用功率高,非能耗式均衡有開關(guān)電容式、變換器式和變壓器式。

均衡操控戰(zhàn)略:均衡操控戰(zhàn)略首要是確定均衡模塊的工作辦法。現(xiàn)在,工作辦法有最大值均衡法、平均值比較法和含糊操控法。均衡才能的進(jìn)步是電池共同性研討的重要方向。均衡技能需進(jìn)一步進(jìn)步,包含:

SOC作為最抱負(fù)的判斷規(guī)范,實(shí)時(shí)估測(cè)精度還需進(jìn)一步進(jìn)步;

優(yōu)化均衡電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),進(jìn)步均衡速度,縮短均衡時(shí)刻;

均衡操控戰(zhàn)略還要優(yōu)化,確定最佳的均衡參數(shù),依據(jù)均衡電路尋覓適合的均衡途徑來到達(dá)快速均衡的意圖。

現(xiàn)階段均衡操控戰(zhàn)略的研討大多聚焦于均衡

硬件電路規(guī)劃與完成。但均衡電路參數(shù)會(huì)影響均衡用途。別的,均衡啟動(dòng)時(shí)電池荷電狀況、均衡閾值、充放電電流、均衡電流與充放電電流比值以及充放電工況切換辦法也會(huì)影響均衡用途。

4充放電戰(zhàn)略

科學(xué)、合理的充放電戰(zhàn)略能夠進(jìn)步電池能量使用功率。現(xiàn)在綜合功能最好的充電辦法是電池辦理體系和充電機(jī)和諧合作串聯(lián)充電,經(jīng)過BMS對(duì)電池組的環(huán)境溫度、單體電池的電壓和電流、共同性和溫升等狀況監(jiān)控,與充電機(jī)完成數(shù)據(jù)共享,實(shí)時(shí)改動(dòng)輸出電流,能夠防止電池過充和優(yōu)化充電。這種充電辦法是現(xiàn)在的主流,可必定程度消除鋰離子電池組充電時(shí)共同性差、充電功率低和無法滿充等問題。

5電池?zé)徂k理

電池組中各單體電池的產(chǎn)熱量和散熱量在空間上散布不均,會(huì)形成電池本身、電池組部分區(qū)域及所在環(huán)境的溫度不共同,如不加以操控,電池組內(nèi)部的溫差會(huì)持續(xù)擴(kuò)展,進(jìn)而加速電池功能衰降。因而,要對(duì)電池組進(jìn)行熱辦理。

熱辦理體系通常要求結(jié)構(gòu)緊湊,質(zhì)量輕,易于包裝,牢靠,成本低,易于維護(hù)。它的功能有:使電池在最適合的溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn);減小電池間、模組內(nèi)和模組間的溫度差。熱辦理分自動(dòng)和被動(dòng)兩種辦法。體系中運(yùn)用導(dǎo)熱介質(zhì)能夠分為三類,分別是空氣、液體和相變資料。

現(xiàn)在,電池組熱辦理研討有局限性,比方電池?zé)崮Ｐ瓦^于簡(jiǎn)化,電池單體常選用零維的生熱模型,電池各部分生熱率相同,短少基于非均勻內(nèi)熱源對(duì)不同熱辦理體系的功能比照。對(duì)鋰離子電池低溫特性研討及低溫?zé)徂k理技能研討較少。