汽车电池组中电池单体老化分析



汽车电池组中电池单体老化分析

由于电动汽车的电池系统需要提供400V的电压水平，因此电池组由多个电池单体通过一定的方式连接而成。目前，各种专注于锂电池老化特性的研究是利用新材料延长电池的循环次数。建立的锂电池老化模型是假设电池系统中电池单体都具有相同的特性，忽略电池单体之间老化的差异。电池组中电池单体的老化将导致其它相关电池单体的老化，加剧整个电池组特性的下降。分析了电池单体老化对电池组的影响，并介绍了通过使用不同的拓扑结构（如串-并联结构）限制这种影响。

选择700个针对插电式混合动力汽车所设计的电池单体进行初步测试。该电池的限制电压为2.5～4.2V，而建议的使用范围为2.7～4.1V，这样可避免电池工作在极端的荷电状态下，从而延长整个电池的使用寿命。因此，假设100％放电深度相应的电压是从4.1V变化到2.7V。在初始电池参数试验中，25℃时分别以0.5C、1C和4C充电速率进行电池容量测试、脉冲试验和准开路电压测试。其中，脉冲试验对电池进行一个充电速率为4C的20s脉冲充电。电池内阻等其它参数通过阻抗测量法测得，试验控制温度为15、25、40℃。利用测得数据对一个等效电池模型进行参数化以实现对整个电池系统的模拟。给出了700个电池不同充电速率下的平均容量和标准差，以及平均内部电阻及其相应的标准差，结果发现，初始容量和初始内部电阻均表现出与标准值非常大的偏差，在串联连接中这样的偏差将造成较大的电池容量未被使用。探讨了电池单体的这些偏差对整个电池系统的影响，基于应用最为广泛的串联连接方式，并假设连接后电池组中所有电池都具有相同温度。由于冷却系统的作用使串联连接的各电池单体和各串联多行形成的拓扑结构存在温度梯度，因此造成电池组老化的加剧。而通过改变电池单体的拓扑结构如改为串-并联，则可以降低这种影响。

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

编译：李臣