不共同性機理

1單體電池之間參數差異

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用進程中發生的參數差異。電池規劃、制作、存儲以及運用進程中存在多種不可操控的因素,會影響電池的共同性。進步單體電池的共同性是進步電池組功能的先決條件。單體電池參數的相互影響,當前的參數狀況受初始狀況和時刻累積用途的影響。

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電池容量、電壓和自放電速率

電池容量不共同會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滿充電狀況,形成容量大、功能好的電池不能到達滿充電狀況;

電池電壓的不共同將導致并聯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,這會加速電池功能的衰減,損耗整個電池組的能量;

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致電池荷電狀況、電壓發生差異,影響電池組的功能。

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電池內阻

串聯體系中,單體電池內阻差異將導致各個電池的充電電壓不共同,內阻大的電池提早到達電壓上限,此刻其他電池或許未充滿電。內阻大的電池能量損耗大,發生的熱量高,溫度差異進一步增大內阻差異,導致惡性循環。

并聯體系中,內阻差異將導致各個電池電流的不共同,電流大的電池電壓改動快,使各個單體電池的充放電深度不共同,形成體系的實踐容量值難以到達規劃值。電池工作電流不同，其功能在運用進程中會發生差異，最終會影響整個電池組的壽數。

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,過充過放都會損壞電池,屢次充放電后電池組會暴露不共同性。現在,鋰離子電池充電辦法有數種,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的辦法,能夠進行安全、有用的滿充;恒流恒壓充電有用結合了恒流充電和恒壓充電的長處,解決了一般恒流充電辦法難以精準滿充的問題,防止了恒壓充電辦法在充電初期電流過大對電池形成的影響,操作簡略方便。

3溫度

鋰離子電池在高溫和高放電倍率下的功能會有明顯衰減。這是因為鋰離子電池在高溫條件下和大電流運用時,會形成正極活性物質和電解液的分解,這是放熱進程,短時刻放出等熱量能導致電池本身溫度進一步升高,溫度升高又加速了分解現象,形成惡性循環,加速分解使電池功能進一步下降。所以,假如電池組熱辦理不妥,會帶來不可逆功能損降。

電池組規劃和運用環境差異會形成單體電池所在溫度環境不共同。由Arrhenius規律可知,電池的電化學反應速度常數與度呈指數聯系,不同溫度下電池電化學特性不同。溫度會對電池電化學體系的運轉、庫侖功率、充放電才能、輸出功率、容量、牢靠性以及循環壽數發生影響。現在,首要展開的是溫度對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生熱失控的原因。

4電池外電路

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銜接辦法

在規劃儲能體系中,電池將以串并聯的辦法組合在一起,因而在電池和模塊之間會有許多銜接電路和操控元件。因為每個結構件或元器件的功能和老化速度不同,以及每個銜接點耗費的能量不共同,不同器件對電池的影響不相同,形成電池組體系的不共同。并聯電路中電池衰減速度的不共同會加速體系的惡化。

銜接片阻抗也會對電池組的不共同性發生影響,銜接片阻值不盡相同,極柱到各單體電池支路的阻值不同,遠離極柱的電池因銜接片較長而阻值較大,電流則較小,銜接片會使得與極柱相連的單體電池最早到達截止電壓,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導致與其相連的電池過充,形成安全隱患。

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

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BMS輸入電路

電池辦理體系(BMS)是電池組正常運轉的確保,但BMS輸入電路會對電池的共同性發生晦氣影響。電池電壓的監測辦法有精密電阻分壓、集成芯片采樣等,這些辦法因為電阻與電路板通路的存在,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預算差錯

SOC不共同發生的原因有單體電池初始標稱容量不共同和工作中單體電池標稱容量衰減速度不共同。有關并聯電路,單體電池的內阻差異會形成電流分配不均,進而導致SOC的不共同。SOC算法包含安時積分法、開路電壓法、卡爾曼濾波法、神經網絡法、含糊邏輯法、放電測試法等。安時積分法在起始荷電狀況SOC0比較精確時有較好的精度,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,難以精確測量,因而安時積分法很難到達荷電狀況估計的精度要求。開路電壓法在較長時刻靜置之后，電池的開路電壓與SOC存在確定的函數聯系，經過測量端電壓來取得SOC的估計值。開路電壓法具有預算精度高的長處，可是靜置時刻長的缺陷也限制了其運用范圍。

成組不共同性優化辦法

1單體電池制作技能

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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,負極資料有石墨、硅和鈦酸鋰等。同批次原資料對電池功能的共同性十分重要,在生產進程中,要對原資料的粒徑散布、比表面積和雜質含量等參數進行嚴格的操控,確保原資料的批次共同性。

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鋰離子電池生產工藝

電池的生產工藝由多個工序組成,每個工序進程都或許會影響電池的共同性。生產單體功能要共同,有必要對每一個工序進行合理的規劃和管控,使之平行重復。依據電池的功能要求規劃電池生產工序,剖析原資料、電極和電解液等參數對電池共同性的影響,然后合理操控各個工序參數的閾值。生產線削減人為干預,完成自動化也能進步電池的共同性。

2分選制度

為了下降初始狀況差異對電池組的晦氣影響,通常要對單體電池進行篩選,將狀況參數較為共同的電池組合在一起。電池成組辦法首要有單參數配組法、多參數配組法和動態特性曲線配組法。動態特性曲線配組法經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。

3電池組外電路

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電池串并聯辦法

電池組的銜接辦法影響電池共同性。現在有兩種較好的銜接辦法:先并聯兩個相同的電池為一個模塊,再將模塊串聯起來(PSB);先串聯兩個不同的電池為一個模塊,再將模塊并聯起來(SPA)。

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電池辦理體系

為了進步電池的功能和運用壽數要對單體電池進行辦理和維護。電池辦理體系是電池體系正常運轉的重要確保,首要任務是確保電池組的功能,防止電池損壞,防止安全事故,使電池在適合的區域內工作,延長壽數。BMS由傳感器、執行器、操控器和信號線等部分組成,首要功能有:數據收集、狀況估計、充放電操控、均衡充電、熱量辦理、安全辦理和數據通信等。

盡管電池辦理技能現已被廣泛運用,但還要繼續完善,尤其是在SOC的預算和數據收集精確度、均衡電路、電池快充等方面。因為不同類型的電池特性具有差異,適用于所有電池的BMS是現在的首要研討方向。

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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,進步電池組的功能、壽數和安全性,經過均衡電路和均衡操控戰略能夠有用地改進電池組的不共同性。

均衡電路拓撲結構:均衡電路拓撲結構的研討首要是對均衡電路結構進行規劃與改進,進步均衡功率,下降成本。依據均衡電路在均衡進程中電路是否耗費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,電路簡略,均衡速度快,功率高,但會導致電池組能量使用率不高;非能耗式電路使用儲能元件和均衡外電路來完成電池間的能量轉移,能量使用功率高,非能耗式均衡有開關電容式、變換器式和變壓器式。

均衡操控戰略:均衡操控戰略首要是確定均衡模塊的工作辦法。現在,工作辦法有最大值均衡法、平均值比較法和含糊操控法。均衡才能的進步是電池共同性研討的重要方向。均衡技能需進一步進步,包含:

SOC作為最抱負的判斷規范,實時估測精度還需進一步進步;

優化均衡電路的拓撲結構,進步均衡速度,縮短均衡時刻;

均衡操控戰略還要優化,確定最佳的均衡參數,依據均衡電路尋覓適合的均衡途徑來到達快速均衡的意圖。

現階段均衡操控戰略的研討大多聚焦于均衡

硬件電路規劃與完成。但均衡電路參數會影響均衡用途。別的,均衡啟動時電池荷電狀況、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影響均衡用途。

4充放電戰略

科學、合理的充放電戰略能夠進步電池能量使用功率。現在綜合功能最好的充電辦法是電池辦理體系和充電機和諧合作串聯充電,經過BMS對電池組的環境溫度、單體電池的電壓和電流、共同性和溫升等狀況監控,與充電機完成數據共享,實時改動輸出電流,能夠防止電池過充和優化充電。這種充電辦法是現在的主流,可必定程度消除鋰離子電池組充電時共同性差、充電功率低和無法滿充等問題。

5電池熱辦理

電池組中各單體電池的產熱量和散熱量在空間上散布不均,會形成電池本身、電池組部分區域及所在環境的溫度不共同,如不加以操控,電池組內部的溫差會持續擴展,進而加速電池功能衰降。因而,要對電池組進行熱辦理。

熱辦理體系通常要求結構緊湊,質量輕,易于包裝,牢靠,成本低,易于維護。它的功能有:使電池在最適合的溫度范圍內運轉;減小電池間、模組內和模組間的溫度差。熱辦理分自動和被動兩種辦法。體系中運用導熱介質能夠分為三類,分別是空氣、液體和相變資料。

現在,電池組熱辦理研討有局限性,比方電池熱模型過于簡化,電池單體常選用零維的生熱模型,電池各部分生熱率相同,短少基于非均勻內熱源對不同熱辦理體系的功能比照。對鋰離子電池低溫特性研討及低溫熱辦理技能研討較少。