锂离子电池组的设计与应用.ppt

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1、新能源汽车锂离子电池组的设计与应用目录锂离子电池为何可并联应用？电池串并联组合的可靠性大容量电池与小容量电池并联特征小电池并联与大电池的安全性比较不同结构的电池特性电池组合形式均衡的目的和意义电池组的寿命与单体电池寿命为何差异巨大？纯电动汽车用动力电源系统的设计锂离子电池为何可并联应用？锂离子电池的充电特点电压严格限制，受温度等变动影响不大；超出电压容易受损。充电电压单调变化（镍氢电池充电后期会出现电压下降现象）充电效率高，充电过程中基本无副反应锂电池为何能并联？充电为最高电压限制，并联电池电压一致充电、放电电压单方向变化电压限制参数受温度等外界因素影响不大并联电池的优点小电池并联比直接采

2、用大电池安全性更好小电池并联比直接采用大电池的电流通过能力强使用过程中并联电池之间电流可以根据各电池的能力自行分配，提高系统的综合性能小电池并联形成的大电池，在相对电流分布、温度分布方面更均匀，从而使系统寿命和可靠性更高。生产加工方便：可以仅生产几种规格的小容量电池，根据需求并联成不同的容量设计合理，可以进行单只电池维护与更换，降低维护成本。并联电池需注意的问题电池并联设计必须保证通过每只电池的电流大小理论上一致。即保证并联电池的内阻基本一致并联电池的自放电基本一致。并联电池容量不能差别太大。电池串并联组合的可靠性影响单体电池可靠性的主要因素单体电池的可靠性与各部件的可靠性有关：外壳（r1)

3、、隔膜(r2)、正极组(r3)、负极组(r4)、电解液(r5)等电池的可靠性=r1×r2×r3×r4×r5外壳、电解液等部件的可靠性在电池分选、配组时控制，可以控制为1可靠性大部分是由电极的不可靠性（如毛刺等）引起。电极和隔膜的可靠性仅与其应用面积有关；同样容量下，小电池并联与大电池电极面积是基本相同的结论：小电池并联与大电池可靠性相同电池制作工艺上，小电池的可靠性与成品率要高于大电池小电池并联在温度、寿命方面比大电池更有优势。不同组合方式的数学模型可靠性方面串联数学模型：并联数学模型：串并联数学模型：并串联数学模型：Rs(t)表示系统的可靠度；R=（1，2，3…，n)表示第i个单元的可靠度

4、。并串联与串并联比较可靠性比较设单个电池的可靠度相同，Ri=0.99，100只电池串联，4只电池并联：并串联可靠度：0.999999串并联可靠度：0.8385电池管理成本锂电池需要管理到每只单体先串联后并联需要增加管理系统成本先串联后并联的电路无环流处理单体电池具有独立可靠性的比较组合要求：100只电池串联两种电池形式1：10只10Ah电池并联成100Ah2：100Ah单体电池假设条件：电池可靠性仅与电极面积大小有关。10Ah电池可靠性为0.999,则100Ah电池可靠性约为0.99。单体电池可靠性不独立（并联电池有1只故障，则并联组合失效）：方案1的可靠性R1＝（0.99910）100＝0

5、.366方案2的可靠性R2＝（0.99）100＝0.366结论：1串联电池数量越多，电池组可靠性越低2100只电池串联电池组保证0.9的可靠性，单体电池可靠性需达到0.9993单体电池可靠性不独立，则大电池、小电池并串联组合可靠性相同。单体电池具有独立可靠性的比较单体电池可靠性独立（并联电池有1只故障，并不影响其他电池的应用）：方案1的可靠性若有2只电池或2只以上的电池损坏，则并联组失效（按容量80%终止假设）R1＝（0.99910+C1090.9999*0.001）100＝0.991方案2的可靠性R2＝（0.99）100＝0.366结论：1合理的电池设计和PACK设计可提高电池组的可靠性2

6、单体电池可靠性独立，采用小电池并联可大幅度提高电池组可靠性大容量电池与小容量电池并联特征大容量电池的特点优点组合方便指标占优势（体积比能量、质量比能量等）组合方便，仅需考虑串联组合应用体积优势缺点工艺复杂，合格率低内部电流密度、温度的分布均匀性部分结构电池（如软包装等，引流能力受限）小容量电池的特点优点电池表面积/体积大，散热性能好圆柱：比表面积/体积=2*(1/h+1/r),其中，h指高度，r指半径；方形电池时，比表面积、体积=2*（1/a+1/b+1/c），a、b、c分别指电池的长、宽、高）安全系数高缺点大容量电池需并联应用串并联组合设计复杂，组合成本高串并联组合体积大，影响部分应用小容

7、量电池串并联与大容量电池的安全性突发性安全事故过充电、过放电、外部短路等可以通过外电路保护穿刺、挤压、冲击等外部环境造成的安全问题单体电池内部短路或电池组内部分短路的自身安全性问题最常见的是电池内部为短路、短路等引起的安全性问题热量分布均匀性小电池并联与大电池的安全性比较电动汽车对电池安全性的要求安全性是电动汽车第一指标。电动汽车电池的使用特点：高速移动、剧烈震动、高温工作、快速充放电，潜在着撞击、刺伤、短路