锂电池成组技术研究

电子技术

锂电池成组技术研究

李正浩

许继电源有限公司，河南 许昌 461000

摘要：现在环保概念越来越深入人心，汽车产业的发展趋势将是真正绿色环保的纯电动汽车。目前电动汽车的发展有两个瓶颈，成本和技术。不过成本可以通过政府的不起头和将来电动产业规模的扩大和生产成本的降低得以解决，所以真正的问题在于技术。动力电池技术发展的相对滞后，汽车动力性不强，寿命短。动力性锂电池作为新兴动力电池的代表，其单体性能已经有了很大的提高，因为它能量高，重量轻，体积小，循环寿命长。但是如果锂电池一旦成组使用，那么它作为单体使用时的这些良好特性都将大打折扣，寿命有时会减少50%，所以说锂电池技术的瓶颈是它的成组技术。 关键词：锂电池组；充放电保护；电池包；SOC；温度场 中图分类号：TM912 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)20-0170-02

1 前言

传统燃油汽车的发展，方便了人们的生活，但是也带来了负面作用，恶化了空气质量，石油更加短缺，在这样的环境问题下，新能源汽车得以发展，电动汽车作为新能源汽车的主要方向，也登上了汽车工业的舞台。各国汽车发展巨头的战略发展路线里电动汽车技术都占有非常重要的一席。日本和欧美国家的电动汽车都有着不错的发展并将实现规模化生产。中国进入电动汽车时间较晚，不过政府在政策上面大力支持，并且投入大量的费用加以研发，所以也在电动汽车技术的发展上面具有非常重要的地位。

2 锂电池技术的背景

由于电池的寿命短成本高，电动汽车技术的发展一直受限，不过近年来电池技术随着技术的改进和创新有了很大的发展。一开始的铅酸蓄电池也已经发展到了钴酸锂,镇氧电池,酸铁锂等先进的绿色动力电池这些新兴的动力电池，在安全性，比功率，比能量，可靠性，安全性，使用寿命上都比之前的传统电池有了很大的进步。

这些新兴的动力电池在以上所提到的性能上都有了很大的提高，不过这是在电池作为单体使用的情况下所能够具备的优势，但是电池在动力汽车的使用上是以成组的方式投入使用的，在成组的使用过程中，这些有良性都大打折扣。比如锂电池单体使用寿命是可以循环1500次，也就是在每天都完全充放电使用时都可以至少使用3-5年，不过这只是一个理想状态，真实情况并不是这样。成组使用时寿命最多只有单体使用时的一半。多以电池生产商在介绍电池的性能时都会避开成组使用情况而只介绍单体使用情况。所以想让电动汽车真正跑起来，就要提高电池的成组使用性能。

我国还没有建立具有国家标准的健全动力电池技术的标准和规范，所以目前各个生产企业各自为战，生产的电池尺寸不一，连接方式和充电接口也甚至都不一样，生产过程中的技术标准也不相同。所以目前所内市场上的电池性能千差万别，大小不一，这都增加了电池成组使用的难度。

现阶段，研究领域都把眼光集中于针对某一具体类型的锂电池以及与之配套的管理系统的设计，还没有对对于管理系统锂电池组的整体设计研发。电动汽车目前的普及和推广严重受限于动力电池技术的滞后，电池成组技术正式电池技术滞后的瓶颈。虽然国内外都针对相关方面的技术研究投入了很大的人力和物力成本，但是还没有取得技术上面的突破，本文就是将对电池组和管理系统作为一个电池包的整体单元进行相应的研究和技术设计。

3 锂电池的特性

3.1 锂电池的充电特性

锂电池的充电有三个要求，分别是恢复最多电池容量用时最短，消除电池充电过程中的不良后果以及消除电池放电中的不良后果[1]。

3.2 锂电池的放电特性

一方面，电流不能过大，如果电流过大，电池温度会骤然增加，对电池造成不可逆的损害；另一方面，电池端电压如果下降到截止电压后还在继续放电，会对电池造成永久性

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的伤害。

3.3 锂电池的温度特性

锂电池内部发热来源于反应热和焦耳热。反应热是电池内部的化学反应产生的热量，放电时呈现正值，充电时呈现负值。焦耳热是电池内阻产生的热量，无论何时都呈现正值，生热也符合欧姆特性。

从图中可以得知，锂电池及产生的温度是随着放电电流

的增加而上升的，并且放电越大，上升越快，所能达到的温度也越高。并且放电越大，损耗的能量就越多，效率也就越低，所以对于锂电池必须散热，只有处理好散热问题，才能有效避免安全问题的产生。

3.4 锂电池组的性能

锂电池组在使用过程中，和单个锂电池的参数差异较大，电池组的性能参数和理论上锂电池之间的简单串联的结果也有很大的不同。

锂电池单体内阻的差异：这种差异在大容量方块锂电池上表现很明显，因为在其生产过程中大部分工艺流程都是人工而非机器完成的。任何环节的操作偏差都会导致锂电池内部性能的变化，所以即使同一批次出厂的锂电池的性能也不会达到完全一致，所以锂电池的但体内阻的差异性还是比较大的。而单体内阻较大的锂电池就是锂电池组的能行中比较差的。

电池组的使用过程中，电池单体的温度也是有差异的。 工作环境的温度对于锂电池的工作性能影响是非常大的。锂电池内的活性物质在适宜的温度范围内可以增多，从而电池的可用电量会增加。但是如果锂电池的工作温度过高一旦超过了适宜的温度范围，锂电池的寿命就会减短，锂电

池组的寿命也自然会缩短[2]

。并且温度升高的情况下，会产生内阻和温度互相升高的恶性循环，连电池单体温度的差异也会扩大。

锂电池组的SOC即是电池的荷电状态，是锂电池当中的一个很复杂的物理量，SOC的大小收到很多因素的影响，放电电流的大小，自放电率，电流的温度，以及库伦效率等等。所以电池组必须要达到一个均衡的状态，通过均衡控制，对电池组SOC最小电量的单体加以补偿，减小电池组用电量之