姜久春动力电池成组应用基础理论

1、动力电池成组应用动力电池成组应用基础理论基础理论北京交通大学北京交通大学20112011年年1212月月姜久春姜久春1.动力电池成组应用主要问题动力电池成组应用主要问题2.电池特性建模理论电池特性建模理论3.电池组一致性影响因素及评价方法电池组一致性影响因素及评价方法4.电池电池串并联优化成组理论串并联优化成组理论5.工况条件电池寿命测试方法及建模理论工况条件电池寿命测试方法及建模理论报告内容报告内容动力电池成组应用主要问题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1. 电池成组应用理论不完善2. 充电方法及放电控制不成熟电池维护量大1.

2、在线电池状态识别理论与技术存在缺陷2. 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关键问题问题电池特性建模理论电池特性建模理论电池特电池特性模型性模型SOC估计估计SOE估计估计电池可用容电池可用容量量极化电压辨极化电压辨识识解决快速充电解决快速充电问题问题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3( )2ln(1)323( )2ln(1)32kChkPChChTMkthITMkQIAhI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

3、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充电时间缩短充电时间缩短148min148min或或66%66%，容量下降少，容量下降少1.3Ah1.3Ah或或36%36%，有效的，有效的解决了充电的快速性和长寿命之间的矛盾。解决了充电的快速性和长寿命之间的矛盾。电池优化充电技术电池优化充电技术性能比较性能比较典型应用典型应用电池组一致性影响因素及评价方法电池电池不一致性不一致性生产过程生产过程不一致不一致电池初始性能电池初始性能差异差异使用过程使用过程不一致不一致温度场分布温度场分布不均不均自放电率自放电率不

4、同不同充放电倍率充放电倍率极化效应极化效应影响影响容量容量和能和能量利量利用用影响影响功率功率输出输出影响影响状态状态估算估算电池组一致性影响因素及评价方法内阻内阻极化极化SOC影响电池一致性的主要指标：影响电池一致性的主要指标：最大可用最大可用容量容量 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电池组一致性量化评价电池组一致性量化评价电池组容量利用率电池组容量利用率电池组能量利用率电池组能量利用率均衡原则：均衡原则：1.保持电池单体保持电池单体SOC一致性一致性;2. 使电池组可用容量最大化使电池组可用容量最大化;3.

5、 采用小电流通过较长时间充放电进行电池均衡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电池主动均衡技术均衡结果均衡结果典型应用典型应用电池串并联优化成组理论40Ah20Ah+=60Ah?并联并联思考1：思考2：电池先串后并与先并后串对电池组电池先串后并与先并后串对电池组 性能有何影响？如何建立电池最优性能有何影响？如何建立电池最优 成组方式？成组方式？ 思考3：电池组即插即用？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

6、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。 ( , ,)OCVpIf Q R UU4只电池并联模型()()tOCVpOCVptUUSOCUIRUSOCUUIR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磷酸铁锂OCV-SOCOCV-SOC曲线平坦将曲线平坦将导致：导致：v并联单体在充放电过程中SOC差异较大；v内阻差异对支路电流差异影响明显。v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

7、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：结果表明：并联电池的自均流效应使得多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，使充放电电初始电流的差异，使充放电过程电流差异减小。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v 影响寿命的因素主要是极化状况和温度v 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v 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

8、件v 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电池组寿命模型模型指导动力指导动力电池组应电池组应用用为电池梯为电池梯次利用提次利用提供理论依供理论依据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 温度温度不一致性不一致性使用区间使用区间循环次数循环次数工况强度工况强度 1. 分析影响分析影响电池寿命的电池寿命的影响因素。影响因素。 2. 分析各因分析各因素的相关性素的相关性和主因素。和主因素。 温度温度工况强度工况强度使用区间使用区间电池寿命电池寿命测试方法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 450.5C/0.5C 501C/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：v 准确估算各个单体电池的各种状态（内阻、容量、极化准确估算各个单体电池的各种状态（内阻、容量、极化SOC、SOE、SOH）；）；v 电池组可利用能量接近各单体电池能量之和；电池组可利用能量接近各单体电池能量之和；v 工况应用下成组动力电池使用寿命等同于在实验室环境工况应用下成组动力电池使用寿命等同于在实验室