能有效改善電池一致性問題的技術(shù)是什么？鋰電池外殼生產(chǎn)設(shè)計的要求有哪些？
來源：未知
2019-04-06 23:35
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動力鋰電池成組使用，各節(jié)鋰電池均要求充電過電壓、放電欠電壓、過流、短路的保護，充電過程中要實現(xiàn)整組電池均衡充電的問題。經(jīng)過實驗證明，鋰電池組均衡充電管理電路能有效改善電池組充電的一致性，提高鋰電池組工作性能，延長使用壽命。
鋰電池組均衡充電有效改善電池一致性問題
作為一種新型動力技術(shù)，鋰電池組在使用中必須串聯(lián)才能達到使用電壓的需求，單體性能的參差不齊并不全緣于電池生產(chǎn)技術(shù)問題，即使每只電池出廠時電壓，內(nèi)阻完全一致，使用一段時間以后，也會產(chǎn)生差異，這使得解決動力電池充電技術(shù)問題成為迫切需要解決的技術(shù)問題。
為了解決動力鋰電池組使用中的一致性問題，本文提出了一種均衡充電管理電路的實現(xiàn)方案。首先分析了單體鋰電池的特性；然后在比較各種均衡充電理論的基礎(chǔ)上，選擇部分分流法作為設(shè)計思路，進行具體電路設(shè)計。多次鋰電池組充放電實驗表明，該均衡充電管理電路能有效改善鋰電池組充電的一致性，提高電池組工作性能，延長使用壽命。
由于電池性能不一致的問題，使得成組電池在利用率、使用壽命、安全性等方面的性能遠(yuǎn)不及單體電池。具有高效均衡管理功能的鋰電池管理系統(tǒng)能夠大幅提高動力電池組的整體性能、有效的延長鋰電池組的使用壽命、大大降低整車的使用和維護成本。為安全、高效、實用的電動汽車的推廣提供技術(shù)保障。
目前，鋰電池管理系統(tǒng)在電池在線監(jiān)測、狀態(tài)評估、充電管理、數(shù)據(jù)通信、控制策略等方面都取得了一定進步。
鋰電池組充電特性
在動力電池組中由于各單體電池之間存在不一致性。連續(xù)的充放電循環(huán)導(dǎo)致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減，串聯(lián)電池組的容量是由單體電池的最小容量決定的，因此這些差異將使電池組的使用壽命縮短。造成這種不平衡的主要原因有：
●電池制作過程中，由于工藝等原因，同批次電池的容量、內(nèi)阻等存在差異；
●電池自放電率的不同，經(jīng)長時間積累，造成電池容量的差異；
●電池使用過程中，使用環(huán)境如溫度、電路板的差異，導(dǎo)致電池容量的不平衡。
鋰電池組均衡充電方案
為了減小不平衡性對鋰電池組的影響，在充電過程中，要使用均衡電路。
目前對于鋰電池組進行均衡管理的方案主要有2種，能耗型和回饋型。能耗型是指給各個單體電池提供并聯(lián)支路，將電壓過高的單體電池通過分流轉(zhuǎn)移電能達到均衡目的?；仞佇褪侵竿ㄟ^能量轉(zhuǎn)換器將單體之間的偏差能量饋送回電池組或電池組中的某些單體。
理論上，當(dāng)忽略轉(zhuǎn)換效率時，回饋不消耗能量，可實現(xiàn)動態(tài)均衡。但由于回饋型設(shè)計控制方法復(fù)雜，制造成本較高，本充電器采用能耗型設(shè)計。
由于直流內(nèi)阻、極化電壓、最大可用容量為電池的特定參數(shù)，在一次或連續(xù)的幾次充放電過程中基本不發(fā)生變化，所以鋰電池組的均衡主要通過調(diào)整各單體電池的SOC來實現(xiàn)。經(jīng)研究，以SOC作為均衡的參考對象，均衡對象相對固定，充分利用均衡時間，提高均衡利用率來降低均衡電流容量。
以電池的SOC為控制對象，通過對單體電池充放電的方式來縮小電池之間SOC的差別。首先需要確定均衡目標(biāo)，通常為了提高均衡的效率以及充分發(fā)揮充放電均衡的優(yōu)勢，將該目標(biāo)設(shè)定為鋰電池組的平均荷電狀態(tài)值(SOC)。并同樣設(shè)置均衡控制帶(dSOC)來防止均衡的波動，對于SOC偏高的單體進行放電均衡，反之則進行充電均衡。
常用的鋰電池組均衡充電技術(shù)包括恒定分流電阻均衡充電、通斷分流電阻均衡充電、平均電池電壓均衡充電、開關(guān)電容均衡充電、降壓型變換器均衡充電、電感均衡充電等。成組的鋰電池串聯(lián)充電時，應(yīng)保證每節(jié)電池均衡充電，否則使用過程中會影響整組電池的性能和壽命。
總結(jié)：采用單節(jié)鋰電池保護芯片設(shè)計實現(xiàn)了多節(jié)鋰電池串聯(lián)的電池組保護板，除可完成必要的過電壓、欠電壓、過電流和短路保護功能外，還可以實現(xiàn)均衡充電功能。是電池技術(shù)的又一大重要突破。鋰電池外殼是保護電芯和內(nèi)部電路的一種保護殼，鋰電池外殼對于電池來說是非常重要的，因此鋰電池外殼的設(shè)計對于電池來說也是極其重要的，在設(shè)計時一定要掌握好方法。
鋰電池外殼生產(chǎn)設(shè)計有什么需求？
鋰電池外殼設(shè)計可分為：PVC熱封、塑膠、金屬。
PVC熱封：鋰電池組外部具體采用什么樣的外殼封裝形式，主要是取決于客人的產(chǎn)品具體需求，對于采用PVC熱封的封裝形式，一般適用于電芯串并數(shù)量不多，整體重量較輕（≤2kg）的情況下，可以采用。但是對于整體重量≥1kg的電池組，需要在電芯之間加固定支架，外圍加玻纖板防護后，再采用PVC熱封。
塑膠：采用塑膠外殼，主要是不同的鋰電池組定型后，涉及到的外殼有可能需要開模，模具費用是一筆不小的開支，如開發(fā)前期，產(chǎn)品未定型，可以采用手板外殼打樣，對外殼的材質(zhì)和工藝要求不同，也會影響成本。
金屬：金屬外殼也是和塑膠外殼一樣，產(chǎn)品未定型前或數(shù)量需求不多，建議采用鈑金制樣，這樣主要是制樣交期較短，如批量較大，也建議開模。對于金屬外殼有防水等級要求的，也會大大影響到成本，還有就是特殊材質(zhì)金屬外殼要求的，成本會更高。
鋰電池的成本主要由電芯、PCM、結(jié)構(gòu)件構(gòu)成，另需要加上企業(yè)的PACK費用、老化費用、管理費用等。同時由于產(chǎn)品技術(shù)難度，采購用量，不良率的要求不同，鋰電池價格也會相差很大！
鋰電池外殼的設(shè)計應(yīng)該注意些什么?
1、極片連接：建議使用超聲波或點焊焊接方法，鋰電池外殼設(shè)計應(yīng)使極片不受外力。
2、焊錫時間不能超過3秒鐘，次數(shù)不能超過5次，待極片冷卻后才能進行下一次焊錫。
3、嚴(yán)禁直接加熱電芯，高于100℃度會損害電芯。
4、鋰電池的固定：電池最大面積的一面應(yīng)該固定在外殼上，安裝后電池不能有松動。
5、外殼堅韌度：鋰電池外殼應(yīng)該有足夠的機械強度使電池免受機械撞擊。
6、焊接鉻鐵的溫度必須可控且可防靜電，溫度不能超過350℃。
鋰電池外殼材料有哪些種類？
一、鋼殼
早期方形鋰離子電池大多為鋼殼，多用于手機電池，后由于鋼殼重量比能量低，且安全性差，逐步被鋁殼和軟包裝鋰離子電池所替代。
但在柱式鋰電池當(dāng)中，有另外一種景象，絕大部分廠商都以鋼材作為電池外殼材質(zhì)，因為鋼質(zhì)材料的物理穩(wěn)定性，抗壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁殼材質(zhì)，在各個廠家的設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，安全裝置已經(jīng)放置在電池芯內(nèi)部，鋼殼柱式電池的安全性已經(jīng)達到了一個新的高度，目前絕大部分的筆記型電腦電池的電芯均以鋼殼作為載體的。
二、鋁殼
鋁殼是一種用鋁合金材料制造出來的電池外殼，主要應(yīng)用于方型鋰離子電池上，鋰電采用鋁殼包裝的原因在于它的輕重量與比鋼殼更安全上。
鋁殼設(shè)計有方角和圓角兩種，鋁殼的材質(zhì)一般為鋁錳合金，它含有的主要合金成分有Mn、Cu、Mg、Si、Fe等，這五種合金在鋰電池鋁殼中發(fā)揮著不同的作用，如Cu和Mg是提高強度與硬度，Mn提高耐腐蝕性，Si能增強含鎂鋁合金的熱處理效果，F(xiàn)e可以提高高溫強度。
鋁殼合金材料構(gòu)造有著顯著的安全性能考慮，這種安全性能可以用材質(zhì)厚度與鼓脹系數(shù)來表示。同樣容量的鋰電池之所以比鋼殼的輕，就是因為鋁殼可以做的更薄。
鋰電池在外觀設(shè)計方面非常重要。外觀精美是一方面，其最重要的是能保護電池芯和內(nèi)部電路，讓整體電池達到防水、防震等特殊要求。
鋰電池相比如鉛酸、鎳鉻、鎳氫等傳統(tǒng)電池，不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)，相對污染較小。
鋰電池組均衡充電有效改善電池一致性問題
作為一種新型動力技術(shù)，鋰電池組在使用中必須串聯(lián)才能達到使用電壓的需求，單體性能的參差不齊并不全緣于電池生產(chǎn)技術(shù)問題，即使每只電池出廠時電壓，內(nèi)阻完全一致，使用一段時間以后，也會產(chǎn)生差異，這使得解決動力電池充電技術(shù)問題成為迫切需要解決的技術(shù)問題。
為了解決動力鋰電池組使用中的一致性問題，本文提出了一種均衡充電管理電路的實現(xiàn)方案。首先分析了單體鋰電池的特性；然后在比較各種均衡充電理論的基礎(chǔ)上，選擇部分分流法作為設(shè)計思路，進行具體電路設(shè)計。多次鋰電池組充放電實驗表明，該均衡充電管理電路能有效改善鋰電池組充電的一致性，提高電池組工作性能，延長使用壽命。
由于電池性能不一致的問題，使得成組電池在利用率、使用壽命、安全性等方面的性能遠(yuǎn)不及單體電池。具有高效均衡管理功能的鋰電池管理系統(tǒng)能夠大幅提高動力電池組的整體性能、有效的延長鋰電池組的使用壽命、大大降低整車的使用和維護成本。為安全、高效、實用的電動汽車的推廣提供技術(shù)保障。
目前，鋰電池管理系統(tǒng)在電池在線監(jiān)測、狀態(tài)評估、充電管理、數(shù)據(jù)通信、控制策略等方面都取得了一定進步。
鋰電池組充電特性
在動力電池組中由于各單體電池之間存在不一致性。連續(xù)的充放電循環(huán)導(dǎo)致的差異，將使某些單體電池的容量加速衰減，串聯(lián)電池組的容量是由單體電池的最小容量決定的，因此這些差異將使電池組的使用壽命縮短。造成這種不平衡的主要原因有：
●電池制作過程中，由于工藝等原因，同批次電池的容量、內(nèi)阻等存在差異；
●電池自放電率的不同，經(jīng)長時間積累，造成電池容量的差異；
●電池使用過程中，使用環(huán)境如溫度、電路板的差異，導(dǎo)致電池容量的不平衡。
鋰電池組均衡充電方案
為了減小不平衡性對鋰電池組的影響，在充電過程中，要使用均衡電路。
目前對于鋰電池組進行均衡管理的方案主要有2種，能耗型和回饋型。能耗型是指給各個單體電池提供并聯(lián)支路，將電壓過高的單體電池通過分流轉(zhuǎn)移電能達到均衡目的?；仞佇褪侵竿ㄟ^能量轉(zhuǎn)換器將單體之間的偏差能量饋送回電池組或電池組中的某些單體。
理論上，當(dāng)忽略轉(zhuǎn)換效率時，回饋不消耗能量，可實現(xiàn)動態(tài)均衡。但由于回饋型設(shè)計控制方法復(fù)雜，制造成本較高，本充電器采用能耗型設(shè)計。
由于直流內(nèi)阻、極化電壓、最大可用容量為電池的特定參數(shù)，在一次或連續(xù)的幾次充放電過程中基本不發(fā)生變化，所以鋰電池組的均衡主要通過調(diào)整各單體電池的SOC來實現(xiàn)。經(jīng)研究，以SOC作為均衡的參考對象，均衡對象相對固定，充分利用均衡時間，提高均衡利用率來降低均衡電流容量。
以電池的SOC為控制對象，通過對單體電池充放電的方式來縮小電池之間SOC的差別。首先需要確定均衡目標(biāo)，通常為了提高均衡的效率以及充分發(fā)揮充放電均衡的優(yōu)勢，將該目標(biāo)設(shè)定為鋰電池組的平均荷電狀態(tài)值(SOC)。并同樣設(shè)置均衡控制帶(dSOC)來防止均衡的波動，對于SOC偏高的單體進行放電均衡，反之則進行充電均衡。
常用的鋰電池組均衡充電技術(shù)包括恒定分流電阻均衡充電、通斷分流電阻均衡充電、平均電池電壓均衡充電、開關(guān)電容均衡充電、降壓型變換器均衡充電、電感均衡充電等。成組的鋰電池串聯(lián)充電時，應(yīng)保證每節(jié)電池均衡充電，否則使用過程中會影響整組電池的性能和壽命。
總結(jié)：采用單節(jié)鋰電池保護芯片設(shè)計實現(xiàn)了多節(jié)鋰電池串聯(lián)的電池組保護板，除可完成必要的過電壓、欠電壓、過電流和短路保護功能外，還可以實現(xiàn)均衡充電功能。是電池技術(shù)的又一大重要突破。鋰電池外殼是保護電芯和內(nèi)部電路的一種保護殼，鋰電池外殼對于電池來說是非常重要的，因此鋰電池外殼的設(shè)計對于電池來說也是極其重要的，在設(shè)計時一定要掌握好方法。
鋰電池外殼生產(chǎn)設(shè)計有什么需求？
鋰電池外殼設(shè)計可分為：PVC熱封、塑膠、金屬。
PVC熱封：鋰電池組外部具體采用什么樣的外殼封裝形式，主要是取決于客人的產(chǎn)品具體需求，對于采用PVC熱封的封裝形式，一般適用于電芯串并數(shù)量不多，整體重量較輕（≤2kg）的情況下，可以采用。但是對于整體重量≥1kg的電池組，需要在電芯之間加固定支架，外圍加玻纖板防護后，再采用PVC熱封。
塑膠：采用塑膠外殼，主要是不同的鋰電池組定型后，涉及到的外殼有可能需要開模，模具費用是一筆不小的開支，如開發(fā)前期，產(chǎn)品未定型，可以采用手板外殼打樣，對外殼的材質(zhì)和工藝要求不同，也會影響成本。
金屬：金屬外殼也是和塑膠外殼一樣，產(chǎn)品未定型前或數(shù)量需求不多，建議采用鈑金制樣，這樣主要是制樣交期較短，如批量較大，也建議開模。對于金屬外殼有防水等級要求的，也會大大影響到成本，還有就是特殊材質(zhì)金屬外殼要求的，成本會更高。
鋰電池的成本主要由電芯、PCM、結(jié)構(gòu)件構(gòu)成，另需要加上企業(yè)的PACK費用、老化費用、管理費用等。同時由于產(chǎn)品技術(shù)難度，采購用量，不良率的要求不同，鋰電池價格也會相差很大！
鋰電池外殼的設(shè)計應(yīng)該注意些什么?
1、極片連接：建議使用超聲波或點焊焊接方法，鋰電池外殼設(shè)計應(yīng)使極片不受外力。
2、焊錫時間不能超過3秒鐘，次數(shù)不能超過5次，待極片冷卻后才能進行下一次焊錫。
3、嚴(yán)禁直接加熱電芯，高于100℃度會損害電芯。
4、鋰電池的固定：電池最大面積的一面應(yīng)該固定在外殼上，安裝后電池不能有松動。
5、外殼堅韌度：鋰電池外殼應(yīng)該有足夠的機械強度使電池免受機械撞擊。
6、焊接鉻鐵的溫度必須可控且可防靜電，溫度不能超過350℃。
鋰電池外殼材料有哪些種類？
一、鋼殼
早期方形鋰離子電池大多為鋼殼，多用于手機電池，后由于鋼殼重量比能量低，且安全性差，逐步被鋁殼和軟包裝鋰離子電池所替代。
但在柱式鋰電池當(dāng)中，有另外一種景象，絕大部分廠商都以鋼材作為電池外殼材質(zhì)，因為鋼質(zhì)材料的物理穩(wěn)定性，抗壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鋁殼材質(zhì)，在各個廠家的設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，安全裝置已經(jīng)放置在電池芯內(nèi)部，鋼殼柱式電池的安全性已經(jīng)達到了一個新的高度，目前絕大部分的筆記型電腦電池的電芯均以鋼殼作為載體的。
二、鋁殼
鋁殼是一種用鋁合金材料制造出來的電池外殼，主要應(yīng)用于方型鋰離子電池上，鋰電采用鋁殼包裝的原因在于它的輕重量與比鋼殼更安全上。
鋁殼設(shè)計有方角和圓角兩種，鋁殼的材質(zhì)一般為鋁錳合金，它含有的主要合金成分有Mn、Cu、Mg、Si、Fe等，這五種合金在鋰電池鋁殼中發(fā)揮著不同的作用，如Cu和Mg是提高強度與硬度，Mn提高耐腐蝕性，Si能增強含鎂鋁合金的熱處理效果，F(xiàn)e可以提高高溫強度。
鋁殼合金材料構(gòu)造有著顯著的安全性能考慮，這種安全性能可以用材質(zhì)厚度與鼓脹系數(shù)來表示。同樣容量的鋰電池之所以比鋼殼的輕，就是因為鋁殼可以做的更薄。
鋰電池在外觀設(shè)計方面非常重要。外觀精美是一方面，其最重要的是能保護電池芯和內(nèi)部電路，讓整體電池達到防水、防震等特殊要求。
鋰電池相比如鉛酸、鎳鉻、鎳氫等傳統(tǒng)電池，不產(chǎn)生任何鉛、汞、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)，相對污染較小。
