组合电池的测量与差异控制
EV技研
公众号EV技研作者1900 2019-8-27 电动汽车


 实际上,组合电池用得较多

 如前所述,锂离子电池单个电芯的电动势在 4.1V 左右。需要更大的电压,或需要大电流时,将电芯进 行串 / 并联,以组合电池(电池组)的形式使用的情况 比较多。EV 多使用 270 ~440V 电压驱动,组合电池 需要 80 ~200 个电芯。如果以约每 20 个电芯组成一个 模块,则需安装数个模块。此时,就使用组合电池时,如何考量电池容量和 剩余容量及其计算方法进行说明。计算的基础是各个 电芯的容量和剩余容量,前面说过的电芯剩余容量估 算是前提。 

组合电池的电池容量

 FCC 和充电率 SOC 我们来看组合电池的电池容量 FCC 和充电率 SOC 是如何确定的。(1)电芯串联时 电芯串联的组合电池充满容量 FCC(图 1),

1566867663458.jpg

图1

取 决于串联的最小容量的电芯。串联的电芯从空的状态 充电时,通过每个电芯的电流都是相同的,所以容量 最小的电芯达到充满状态时,电池的充电就结束了。 

(2)电芯并联时 电芯并联(图 2)时,

1566867663657.jpg

图2

FCC 为并联电芯的总和。另外,电流让所有的电芯达到相同电压,各个电芯的 SOC 也相等。充放电时的电流,根据电芯的 FCC 比率 进行分配(分流)。 

1566867663654.jpg


(3)电芯为 n 串 m 并时 n 个电芯串联为一组,并联 m 组而构成的模块, 设各电芯的 FCC 为 FCCij(i 增加的方向为串联,j 增加的方向为并联)时,整体的 FCCall 可用下式表示。 

1566867663819.jpg

(1)

 对于 SOC,并联时每个电芯都是一样的,因此只 要考虑串联电芯的 SOC 计算方法。如图 3所示,一般情况下,串联电芯中的某一个 放电至空时,其他电芯还有剩余容量。假设此时电芯 i 的 SOC 为 ,放电时的容量损耗(图 3中的阴 影部分)可用下式表示。

1566867663821.jpg

图3


1566867663818.jpg

(2) 

式中,FCCi 为电芯 i 的 FCC。如图 4 所示,

1566867664784.jpg

图4

充电时,串联电芯中的某一个电芯 最先达到充满状态时,其他电芯还未充满。此时,假 设电芯 i 的 SOC 为 ,充电时的容量损耗(图 4 中的白色部分)可用下式表示。 

1566867665348.jpg


(3)

考虑到这些损耗,电芯串联的组合电池的 FCC 可 以通过下式求得。 

1566867665346.jpg


(4)

 这是电芯串联组合电池的容量,各个电芯的 SOC 为 SOCmaxi 时,可以输出的容量 C 可用下式表示。 

1566867665218.jpg


(5)

 整体的 SOC = SOCall ,用下式表示。

1566867665646.jpg

(6) 

此外,各个电芯的FCC相等时,用下面的公式表示。

1566867665648.jpg

(7)

 充满容量的差异逐渐扩大

 在电芯串联的组合电池中存在 SOC 差异时,如图 5 所示,充电时易过充电的电芯和放电时易过放电的 电芯都是固定的。 

1566867666165.jpg

图5

这造就了这些电芯易劣化的条件。如图6 所示, 随着劣化的加剧,电芯的电池容量减小,更容易达到 电压的上下限,最终导致劣化进一步加剧。

 热差异也会产生劣化 

对电池而言,外部容易散热,中心部位不易散热, 这样就出现了温度偏差。经常处于高温状态的电芯易 劣化,如果该电芯发生容量劣化,就会遵循图 5 和图6 的原理加速劣化(图 7)。

1566867666516.jpg

图6

1566867666589.jpg

图7

由于这样的理由,尽量减小电池各个部分的温度 偏差,可以有效地抑制电池的劣化。

1

END

1

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来自:工业技术 / 电动汽车
2
9zhmke
2年5个月前 修改于 2年5个月前
1楼

既然是在串联中效率偏低,除开充电不说,是否可以每只电芯使用二极管后全部并联,然后再使用升压的方式来提高效率? 

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