影響鋰電池組的因素有以下幾點(diǎn):
?不一致性機(jī)理
1、單體電池之間參數(shù)差異
單體電池之間的狀態(tài)差異主要包括單體電池初始差異和使用過程中產(chǎn)生的參數(shù)差異。電池設(shè)計(jì)、制造、存儲以及使用過程中存在多種不可控制的因素,會(huì)影響電池的一致性。提高單體電池的一致性是提升電池組性能的先決條件。單體電池參數(shù)的相互影響,當(dāng)前的參數(shù)狀態(tài)受初始狀態(tài)和時(shí)間累積作用的影響。
電池容量、電壓和自放電速率。
電池容量不一致會(huì)使電池組各單體電池放電深度不一致。容量較小、性能較差的電池將提前達(dá)到滿充電狀態(tài),造成容量大、性能好的電池不能達(dá)到滿充電狀態(tài)。電池電壓的不一致將導(dǎo)致并聯(lián)電池組中單體電池互充電,電壓較高的電池將給電壓較低的電池充電,這會(huì)加快電池性能的衰減,損耗整個(gè)電池組的能量。自放電速率大的電池容量損失大,電池自放電速率的不一致將導(dǎo)致電池荷電狀態(tài)、電壓產(chǎn)生差異,影響電池組的性能。
電池內(nèi)阻
串聯(lián)系統(tǒng)中,單體電池內(nèi)阻差異將導(dǎo)致各個(gè)電池的充電電壓不一致,內(nèi)阻大的電池提前達(dá)到電壓上限,此時(shí)其他電池可能未充滿電。內(nèi)阻大的電池能量損耗大,產(chǎn)生的熱量高,溫度差異進(jìn)一步增大內(nèi)阻差異,導(dǎo)致惡性循環(huán)。
并聯(lián)系統(tǒng)中,內(nèi)阻差異將導(dǎo)致各個(gè)電池電流的不一致,電流大的電池電壓變化快,使各個(gè)單體電池的充放電深度不一致,造成系統(tǒng)的實(shí)際容量值難以達(dá)到設(shè)計(jì)值。電池工作電流不同,其性能在使用過程中會(huì)產(chǎn)生差異,最終會(huì)影響整個(gè)電池組的壽命。
?2、充放電工況
充電方式影響鋰電池組的充電效率和充電狀態(tài),過充過放都會(huì)損壞電池,多次充放電后電池組會(huì)顯露不一致性。目前,鋰離子電池充電方式有數(shù)種,但常見的有分段恒流充電方式和恒流恒壓充電方式。恒流充電是較為理想的方式,能夠進(jìn)行安全、有效的滿充;恒流恒壓充電有效結(jié)合了恒流充電和恒壓充電的優(yōu)點(diǎn),解決了一般恒流充電方式難以精準(zhǔn)滿充的問題,避免了恒壓充電方式在充電初期電流過大對電池造成的影響,操作簡單方便。
3、溫度
鋰電池在高溫和高放電倍率下的性能會(huì)有明顯衰減。這是因?yàn)殇囯x子電池在高溫條件下和大電流使用時(shí),會(huì)造成正極活性物質(zhì)和電解液的分解,這是放熱過程,短時(shí)間放出等熱量能導(dǎo)致電池自身溫度進(jìn)一步升高,溫度升高又加速了分解現(xiàn)象,形成惡性循環(huán),加速分解使電池性能進(jìn)一步下降。所以,如果電池組熱管理不當(dāng),會(huì)帶來不可逆性能損降。
電池組設(shè)計(jì)和使用環(huán)境差異會(huì)造成單體電池所處溫度環(huán)境不一致。由Arrhenius定律可知,電池的電化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)與度呈指數(shù)關(guān)系,不同溫度下電池電化學(xué)特性不同。溫度會(huì)對電池電化學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行、庫侖效率、充放電能力、輸出功率、容量、可靠性以及循環(huán)壽命產(chǎn)生影響。目前,主要開展的是溫度對電池組不一致性影響定量化研究。
BMS輸入電路
電池管理系統(tǒng)(BMS)是電池組正常運(yùn)行的保障,但BMS輸入電路會(huì)對電池的一致性產(chǎn)生不利影響。電池電壓的監(jiān)測方法有精密電阻分壓、集成芯片采樣等,這些方法由于電阻與電路板通路的存在,無法避免采樣線外載漏電流,電池管理系統(tǒng)電壓采樣輸入阻抗將增加電池荷電狀態(tài)(SOC)的不一致性,影響電池組的性能。
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