汽車電池組中電池單體老化分析

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汽車電池組中電池單體老化分析

由于電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng)需要提供400V的電壓水平，因此電池組由多個(gè)電池單體通過(guò)一定的方式連接而成。目前，各種專注于鋰電池老化特性的研究是利用新材料延長(zhǎng)電池的循環(huán)次數(shù)。建立的鋰電池老化模型是假設(shè)電池系統(tǒng)中電池單體都具有相同的特性，忽略電池單體之間老化的差異。電池組中電池單體的老化將導(dǎo)致其它相關(guān)電池單體的老化，加劇整個(gè)電池組特性的下降。分析了電池單體老化對(duì)電池組的影響，并介紹了通過(guò)使用不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如串-并聯(lián)結(jié)構(gòu)）限制這種影響。

選擇700個(gè)針對(duì)插電式混合動(dòng)力汽車所設(shè)計(jì)的電池單體進(jìn)行初步測(cè)試。該電池的限制電壓為2.5～4.2V，而建議的使用范圍為2.7～4.1V，這樣可避免電池工作在極端的荷電狀態(tài)下，從而延長(zhǎng)整個(gè)電池的使用壽命。因此，假設(shè)100％放電深度相應(yīng)的電壓是從4.1V變化到2.7V。在初始電池參數(shù)試驗(yàn)中，25℃時(shí)分別以0.5C、1C和4C充電速率進(jìn)行電池容量測(cè)試、脈沖試驗(yàn)和準(zhǔn)開路電壓測(cè)試。其中，脈沖試驗(yàn)對(duì)電池進(jìn)行一個(gè)充電速率為4C的20s脈沖充電。電池內(nèi)阻等其它參數(shù)通過(guò)阻抗測(cè)量法測(cè)得，試驗(yàn)控制溫度為15、25、40℃。利用測(cè)得數(shù)據(jù)對(duì)一個(gè)等效電池模型進(jìn)行參數(shù)化以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)的模擬。給出了700個(gè)電池不同充電速率下的平均容量和標(biāo)準(zhǔn)差，以及平均內(nèi)部電阻及其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，初始容量和初始內(nèi)部電阻均表現(xiàn)出與標(biāo)準(zhǔn)值非常大的偏差，在串聯(lián)連接中這樣的偏差將造成較大的電池容量未被使用。探討了電池單體的這些偏差對(duì)整個(gè)電池系統(tǒng)的影響，基于應(yīng)用最為廣泛的串聯(lián)連接方式，并假設(shè)連接后電池組中所有電池都具有相同溫度。由于冷卻系統(tǒng)的作用使串聯(lián)連接的各電池單體和各串聯(lián)多行形成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)存在溫度梯度，因此造成電池組老化的加劇。而通過(guò)改變電池單體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如改為串-并聯(lián)，則可以降低這種影響。

Susanne Rothgang et al. 2014 IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Coimbra Oct. 27-30, 2014.

編譯：李臣