单体动力锂电池关键技术研究

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1、单体动力锂电池关键技术研究http://www.lidianchi.org/单体动力锂电池关键技术研究摘要：动力锂电池产业发展已经进入产业化建设和规模化推广应用阶段。动力锂电池系统集成关键技术和产品研究，是本阶段的重要课题。本文介绍了基于极端单体电池成组应用技术的动力锂电池系统集成关键技术、关键零部件和产品研究的最新进展。　　关键词：动力锂电池；系统集成；极端单体　　引言　　在国家科技项目重点支持和市场的双重推动下，新型锂离子动力电池在关键技术、关键材料和产品研究上都取得了重大进展。单体动力锂电池的性能已基本能够

2、满足使用要求。虽然动力锂电池采购成本仍高于铅酸电池，但从全生命周期内的综合经济性考虑，其成本已经远远低于铅酸电池。动力锂电池产业已经进入产业化建设和规模化推广应用的历史新阶段。　　由于前一阶段动力锂电池发展的重点集中在关键技术、关键材料和产品开发上，动力锂电池成组应用技术并未得到相应的重视，致使动力锂电池系统集成关键技术、关键零部件和产品研究严重滞后于电池技术的发展。当前大多仍将只能适用于铅酸等非密封富液电池的技术和设备用于动力锂电池，从而导致部分电池单体在充放电过程中发生过充电、过放电、过流和超温等问题，使电池

3、受到严重伤害，电池安全性大幅下降，使用寿命大幅缩短，甚至电池燃烧、爆炸等恶性事故时有发生。适应动力锂电池特点的成组应用技术和设备，是有效解决成组动力锂电池安全性下降和寿命缩短问题的有效途径。　　当前动力锂电池产业已经进入产业化建设和规模化推广应用的历史新阶段。动力锂电池成组技术和成组应用技术和设备，是保障动力电池组安全运行的重要支撑条件。动力锂电池系统主要包括电池总成、充电系统、用电系统和维护管理系统。　　1研究背景　　伴随现代电力电子技术和控制技术的飞速发展，充电技术经历了两阶段恒流充电→多阶段恒流充电→恒压充

4、电→恒压限流充电几个发展阶段。充电设备也经历了真空管整流器和汞弧整流器→硒整流器→硅整流器→硅可控整流器→高频开关电源充电机几个阶段。由于数字控制技术和计算机，特别是嵌入式微控制器技术的飞速发展，充电设备控制技术得到了快速发展，充电设备从手动调整迅速发展到高智能化的全自动充电设备。　　动力锂电池是与传统铅酸电池完全不同的一类电池，对充电和放电都有比铅酸蓄电池严格得多的要求：根据美国U?S?APopypore理事会主席张正铭博士研究结果，锰酸锂电池充电电压应限制在4.225V~4.250V之内，若超过0.085V，

5、即可对电池造成伤害。过度的过充电、过放电、超温和过流，将导致动力锂电池使用寿命大幅缩短，甚至发生燃烧、爆炸等恶性事故。　　当前，国内外动力电池广泛采用基于S.O.C的安全管理技术，希望通过基于荷电状态（即S.O.C）的估计，确定最佳的充电电流和放电电流，以达到电池组不发生过充电的目的。　　为了防止发生过充电，应满足：VBE+I?R0≤允许充电电压   （1）　　为了防止发生过放电，应满足：VBE-I?R0≥允许充电电压   （2）　　式中：VBE：电池电动势　　　　　R0：电池内阻　　　　　I：充电电流单体动力锂

6、电池http://www.juda.cn/单体动力锂电池关键技术研究http://www.lidianchi.org/　　上述思路忽略了一个重要问题：影响电池端电压的主要因素是充放电电流（I）和内阻（R0）。蓄电池允许的充电电流主要受电池内阻的约束，而电池内阻（R0）与容量（Ah）并无确定关系。同样容量的电池内阻（R0）相差也很大。因此，依据电池荷电状态（S.O.C值）确定的电流，是不能防止发生过充电和过放电问题的发生的。即使依据特定电池组，在大量试验的基础上建立的相对较准确的S.O.C估计数学模型，也只能适应特

7、定电池的特定时间段内，不具备一般性和通用性。另外，由几十到几百只电池串联而成的动力电池组，如何准确定位目标电池单体，确定内阻本身就是个十分复杂的问题。研究适应动力锂电池特点的充放电新技术和新设备，是推动锂电池产业发展的重要课题。2研究进展　　机械科学研究总院先进制造技术研究中心，集成长期从事动力电池成组应用技术和设备研究经验，成功开发了适应锂离子等新型动力电池特点的动力锂电池系统综合管理系统，简称BSMS（BatterySynthesesManagementSystem）。　　从2003年开始此系统便应用在北京奥

8、运电动汽车示范项目中。经过几年实际应用的持续优化、完善和提高，已经形成了性能稳定、安全可靠、功能完善的，适用于锂离子等新型动力电池的新型动力蓄电池综合管理系统。已经形成了由8项专利、7个企业标准组成的完整体系。　　2.1BSMS基本结构图1BSMS基本结构　　如图1所示，BSMS主要包括BMS、充电系统、放电系统。还包括面向现场的质量评估系统、电池租赁计量计费系统、S.O