磷酸铁锂电池并联充放电特性研究

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1、万方数据高技术通讯2012年第22卷第2期：205—210doi：10．3772／j．issn．1002-0470．2012．02．015磷酸铁锂电池并联充放电特性研究①时玮②姜久春③张维戈林思岐张彩萍(北京交通大学电气工程学院北京100044)摘要针对动力锂离子电池成组后性能比单体性能明显降低的问题，分析了电池不一致性产生的原因，在此基础上，研究了电池单体充放电性能和老化过程一定时，电池的成组方式和电池参数不一致程度对整组电池性能的影响。重点以磷酸铁锂电池为研究对象，分别对不同并联电池数量和不同充放电倍

2、率进行了实验，分析了电池并联情况下直流内阻、电池容量、极化电压、荷电状态等因素对电池工作电流和电压的影响，提出了并联电池不平衡电流的判断依据，从而为电池系统的容量设计和提高成组电池的性能提供依据。关键词并联，不一致性，磷酸铁锂，不平衡度0引言国产动力锂离子电池单体容量一般在150Ah以内，为了满足电动汽车车速和续驶里程的要求，不但需要将电池串联到一定的电压等级，还需要将电池并联从而达到较高的容量。2008年北京奥运会用纯电动公交车采用了4只90Ah电池并联的方案，2010年上海世博会用纯电动公交车也采用了

3、类似的多只电池先并联后串联的成组方案。多批电动汽车长期的成功示范运行对研究动力电池组的性能有重要的意义。根据应用的要求，近年来国内外电池应用人员对电池性能进行了深入的研究，文献[1]对电池单体在循环工况下的性能进行了测试，分析了电池容量的失效机理；文献[2，3]利用电化学模型和等效电路参数模型对电池性能衰退进行了分析；文献[4]阐述了电池成组后面临的安全性问题，并介绍了锂离子电池充放电过程的控制管理技术。关于动力电池的连接方式对电池组性能的影响，以及对整个电池组的容量和能量利用率，并没有进行全面、深入的分

4、析。分析动力锂离子电池的特性，通常是指分析单体电池的特性，如不同倍率下的充放电特性、不同温度下的充放电特性、不同老化程度下的充放电特性等。当电池组中的单体电池的特性完全一致时，电池组的特性才体现出与单体电池一致并满足一定的规律。然而由于不一致性的存在，评价电池组的性能并不能将电池单体性能进行叠加，往往动力锂离子电池串并联成组后性能会比单体性能进一步降低∞J。髓着使用时间和循环次数的增加，电池容量衰退和老化过程的不同还会加剧成组电池性能与单体电池性能的差异。带有均衡功能的电池管理系统在一定程度上缓解了串联电

5、池组的不一致问题，使串联电池组容量和能量利用率最大化∞J。本文首先分析了电池不一致性的产生原因，然后对并联电池的充放电性能进行了实验分析。1不一致性分析电池组出现不一致将导致电池的利用效率下降，以及电动车辆的运行经济性和运行效率下降。充放电过程中，性能最差的电池决定了电池组的性能。随着电池的老化，容量和性能差的电池更加容易出现严重的两端极化和发热，导致电池的容量加速衰退，使得电池的容量和性能利用率更低，电池组出现更严重的不一致性。1．1不一致产生的原因电池在生产和使用过程中不可能做到完全一致，所以电池的一

6、致性是相对的。首先，电池在生产的过程中因工艺、配料以及杂①863计划(2007AAllAl03)资助项目。②男，1984年生，博士生；研究方向：汽车电子和测控技术；E-mail：06121679@bjtu．edu．cn③通讯作者，E-mail：jcjiang@bjtu．edu．cn(收稿13期：2010．10-08)---——205---——万方数据高技术通讯2012年2月第22卷第2期质含量的差异会导致电池的初始内阻、容量等方面的差异。特别是大容量的动力锂离子电池的生产尚未完全实现全自动化，电池的制造工

7、艺不能有效地保障电池初始性能的一致性，当电池的一致性要求太高的时候，电池的成品率大大下降，使得电池的价格增加。相对于大容量单体的生产情况，国内小容量单体电池的一致性由于自动化生产而得到了保证。其次，电池组不一致和使用过程相关(如温度、充放电倍率、极化效应、自放电等)，而且具有很强的非线性，电池单体的性能同时受环境的影响致使电池参数的不一致性增强，这使得电池成组后的使用过程更加复杂，同时成组后的功率特性，以及成组后的容量和能量利用率更加难于控制。1．2改善成组性能分析即使在电池出厂时经过严格筛选后配组的电池

8、，也会由于电池的使用环境、温度场以及自放电性能等方面的差异使得电池在使用一段时间后在内阻、容量以及荷电状态(stateofcharge，SOC)等方面出现差异，所以电池的不一致性问题仍然存在。改善电池工作的电流、温度环境，分析电池容量衰退和老化机制，通过高效的均衡方法弥补充电效率和自放电带来的SOC差异等措施的采用，会缓解串联电池组的容量差异并提高整组电池的容量和能量利用率，但是多批车辆运行情况表明，电池维护的工作仍然是必需的