姜久春动力电池成组应用基础理论分析报告.ppt

动力电池成组应用基础理论 北京交通大学 2011年12月 姜久春 动力电池成组应用主要问题 电池特性建模理论 电池组一致性影响因素及评价方法 电池串并联优化成组理论 工况条件电池寿命测试方法及建模理论 报告内容 动力电池成组应用主要问题 电池的 购买成本高 3年或15万公里目标达不到，储能领域？ 电池成组 应用寿命短 电池成组应用理论不完善 充电方法及放电控制不成熟 电池维护量大 在线电池状态识别理论与技术存在缺陷 有效的在线维护系统尚未实现 充电基础 设施不完善 充电时间长 占地面积大 建设成本高 关键问题 电池特性建模理论 SOH评价 电池模型是电池 状态估算、性能 分析、科学评价 和使用的基础， 是从电池外部特 性到内部状态的 桥梁。 电池特性建模理论—阻容模型 充电初期去极化 采用曲线拟合求解极化电压 估算电池SOC 识别原理 电池特性建模理论—极化估算 全充电时间 100次循环后 容量下降 1/3C恒压恒流 3小时43分钟 （223min） 3.6Ah 恒极化充电 1小时15分钟 （75min） 2.3Ah 充电时间缩短148min或66%，容量下降少1.3Ah或36%，有效的解决了充电的快速性和长寿命之间的矛盾。 电池优化充电技术—性能比较 典型应用 电池组一致性影响因素及评价方法 影响容量和能量利用 影响功率输出 影响状态估算 电池组一致性影响因素及评价方法 内阻 极化 SOC 影响电池一致性的主要指标： 最大可用容量 电池端电压是电池不一致性的外在表现，与电池 内阻、SOC、极化以及最大可用容量密切相关。 电池组一致性影响因素及评价方法 均衡原则： 1.保持电池单体SOC一致性; 2. 使电池组可用容量最大化; 3. 采用小电流通过较长时间充放电进行电池均衡 A 均衡前 B 均衡后 电池主动均衡技术—均衡结果 典型应用 电池串并联优化成组理论 40Ah 20Ah + = 60Ah ? 并联 思考1： 思考2：电池先串后并与先并后串对电池组 性能有何影响？如何建立电池最优 成组方式？ 思考3：电池组即插即用？ 电池串并联优化成组理论—电池并联建模 当LiFePO4电池并联后，影响充放电电流的主要因素有电池实际容量Q，电池欧姆内阻R，内电压UOCV，极化电压Up，即 并联电池的外电压Ut与UOCV之差，表示为U△，反映了单体电池内电压的差异程度，并随着并联各支路不平衡电流引起的欧姆压降UR的变化和极化电压Up的变化而改变。 4只电池并联模型 电池串并联优化成组理论—并联对充放电影响 同类型电池各自的充放电特性十分相近，并联条件下的各电池初始充放电倍率受电池内阻影响较大 磷酸铁锂OCV-SOC曲线平坦将导致： 并联单体在充放电过程中SOC差异较大； 内阻差异对支路电流差异影响明显。 初始状态较小的差异引起电池较大的差异，如极化。 电池串并联优化成组理论—并联对充放电影响 增加电池并联的数量，支路电流的差异明显减小，电池的工作状态相互接近。 结果表明： 并联电池的自均流效应使得多个电池并联可以有效减小充放电初始电流的差异，使充放电过程电流差异减小。 电池串并联优化成组理论—并联对寿命的影响 影响寿命的因素主要是极化状况和温度 并联电池的极化状况在充放电过程中处于不完全可控的状况。并联后的支路电流完全受SOC、内阻、极化等参数改变而改变，在一定程度上会出现过电流或者电池极化电压严重的区间 先串后并的方案可以有效估算各电池的极化状态，得出并联的允许条件 先并后串的方案需要测试电池适合工作的温度条件和使用区间 电池组寿命 模型 指导动力电池组应用 为电池梯次利用提供理论依据 工况条件下电池寿命测试方法及建模理论 工况条件下电池寿命测试方法及建模理论 温度 不一致性 使用区间 循环次数 工况强度 1. 分析影响电池寿命的影响因素。 2. 分析各因素的相关性和主因素。 温度 工况强度 使用区间 电池寿命 测试方法 温度对容量衰退的影响 电流倍率对容量衰退的影响 放电区间对容量衰退的影响 0.5C/0.5C @室温 0.5C/0.5C @45℃ 0.5C/0.5C @50℃ 1C/1C @室温 0.5C/0.5C @ 室温 工况条件下电池寿命测试方法及建模理论 电池成组应用研究目标： 准确估算各个单体电池的各种状态（内阻、容量、极化SOC、SOE、SOH）； 电池组可利用能量接近各单体电池能量之和； 工况应用下成组动力电池使用寿命等同于在实验室环境下单体电池测试寿命； 将电池定期人工维护提升为依据电池状态进行维护，实现电池“定时维护”到“状态维护”的转变； 实现电池全生命周期性