动力电池Pack电芯选型(经典完全篇).pdf

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1、动力电池PACK电芯选型（完全篇）【上篇】设计一款动力电池包，电芯放电能力怎么选？作为一个动力电池包设计者，你可能属于电池厂家的工程技术部门，也可能是独立的第三方电池包设计公司，还可能是主机厂的员工。如果是后两种情形，你就很有可能遇到题目中的问题，面对一个特定车型的需求，需要选取怎样的电芯加以排列，才能恰到好处的满足车辆的全部工况需求呢？我们先来选对于工作表现最重要的电芯放电性能。放电特性可以主要的拆分成3个要点来看：放电曲线趋势，放电倍率和脉冲特性。1.放电曲线趋势放电特性曲线的趋势，主要关注电芯放电曲线的斜率。不同类型的

2、电芯，基本的放电趋势是不同的。磷酸铁锂，在放电初期电压快速下降以后，电压在相当长的一段时间处于一个平台内，荷电量降低，电压变化很小；三元锂电池，则相对来说，放电期间电压下降速率较高，显示出明显的斜率。如下面三幅图所示。磷酸铁锂放电曲线三元锂电放电曲线各种电池常温放电曲线具有倾斜放电曲线的电池所输送的功率在整个放电周期中逐渐下降。这可能会导致高功率应用在放电后期结束时出现问题。对于需要稳定电源电压的低功率应用，如果斜率太陡，可能需要安装稳压器。这通常不适用于高功率应用，因为稳压器的损耗会消耗电池太多功率。温度因素影响电池的放电

3、特性，受到环境温度的影响极为明显。如果车辆的目标销售地区最低温度在0℃以下，在某些含水电解液的电池中，电解液本身可能会冻结；即使有机电解液不会冻结，电池性能下降也非常明显，就需要考虑低温对电池的影响问题。如果是在环境温度极高的环境使用动力电池，电极活性材料在高温下容易与电解液发生反应，可能带来容量上的损失，还可能造成安全风险。在电池能够承受的温度范围内，电池性能通常随温度的提高而提高，比如容量增大，内阻减小。每种电芯都有一个最适宜的工作温度，最理想情况是给电池创造出这个适宜的工作温度，偏高或者偏低的温度都会影响循环寿命，是已

4、经被很多实验证明了的。从图中可以看到，不同温度下的放电曲线会发生整体偏移，趋势基本平行或者斜率略微发生变化。上图显示了随着工作温度下降，锂离子电池的性能如何下降。环境温度超出电池合理工作温度范围时，采取相应的热管理或者预热设计，或者选择低温性能好的电芯，比如钛酸锂。而系统参数限值的设置，比如加热启动温度等，也是需要首先参考电池的性能来确定的。2放电倍率动力系统中，对电池放电性能的需求，取决于系统中的负载。不同的系统，对放电倍率的需求不同。纯电动汽车，全部里程都需要电池提供能量，因此放电时间必然比较长，而放电倍率比较低，往往低

5、于1C，适合选用能量型电芯。而像混合动力电动汽车，电池包规模较小，不太可能设计较大的并联数量，电池包容量较小，在需要时要求比较大的倍率放电，这时需要倾向于选择高比功率电芯。放电倍率对容量的影响放电倍率大小不同，在选择电池容量时，必须考虑放电倍率对电芯容量的影响，否则，在实际运行中将出现严重偏差。低功耗消费类电子产品电池通常规定以低于1C倍率放电，而SAE使用20小时（0.05C）的放电量作为测量汽车电池Ah容量的标准条件。下图展示了在相同温度下，不同放电倍率下放出电量的对比关系。锂电池以外的其他类型的电芯，同样有类似现象，比

6、如铅酸电池，倾向比锂电池更明显。从该图中可以得出两个结论：·比较电池容量规格时应注意确保使用可比的放电倍率。·在汽车应用中，如果经常使用高电流率进行加速或爬坡，则车辆的行驶范围将会缩小。Peukert方程关于放电倍率与电池容量的关系，有人针对铅酸电池作出过定量的研究。Peukert方程是19世纪末被提出的，表征铅酸电芯放电电流与放电容量关系的一个经验公式，它近似表示电池的可用容量如何根据放电倍率变化，方程形式如下：PC=IT其中“C”是以安培小时表示的电池的理论容量，“I”是电流，“t”是时间，“p”是Peukert常数，与

7、电池结构尤其极板结构有关，对于指定的电池，p是常数。该等式表明，放电电流越大，电池中的可用电量越少。Peukert常数表征了电池在连续大电流下的表现如何。接近1的值表示电池性能良好;数量越高，则当电池在高电流下放电时，容量损失越多。电池的Peukert常数由经验确定，铅酸电池的数量通常在1.3到1.4之间。天津力神崔立丰等人，针对自己的产品磷酸铁锂电池进行了类似研究，发现磷酸铁锂电池与铅酸电池的Peukert方程趋势存在差异性，于是根据实验结果对方程做出了修正，得到如下方程：-0.01075C=1.03316IC0其中C0为

8、电池1C放电容量，I为实际放电电流，C为以电流I放电能够放出的有效容量。该研究也发现不同配方的电芯，放电倍率对放电量的影响并不一样，该方程无法有效描述其他配方的电芯。也就是说，锂电池也存在着这样的影响趋势，但定量描述还需要具体电池具体分析。前面的Peukert方程和力神提出的针对磷酸铁锂的