鋰電池成組不一致性優(yōu)化方法介紹
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-01 12:50
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1 單體電池制造技術(shù)
鋰電池材料
鋰離子電池的正極材料有三元材料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰等，負(fù)極材料有石墨、硅和鈦酸鋰等。同批次原材料對(duì)電池性能的一致性十分重要，在生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)原材料的粒徑分布、比表面積和雜質(zhì)含量等參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保證原材料的批次一致性。
鋰離子電池生產(chǎn)工藝
電池的生產(chǎn)工藝由多個(gè)工序組成，每個(gè)工序過(guò)程都可能會(huì)影響電池的一致性。生產(chǎn)單體性能要一致，必須對(duì)每一個(gè)工序進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和管控，使之平行重復(fù)。根據(jù)電池的性能要求設(shè)計(jì)電池生產(chǎn)工序，分析原材料、電極和電解液等參數(shù)對(duì)電池一致性的影響，從而合理控制各個(gè)工序參數(shù)的閾值。生產(chǎn)線減少人為干預(yù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化也能提高電池的一致性。
2 分選制度
為了降低初始狀態(tài)差異對(duì)電池組的不利影響，通常需要對(duì)單體電池進(jìn)行篩選，將狀態(tài)參數(shù)較為一致的電池組合在一起。電池成組方法主要有單參數(shù)配組法、多參數(shù)配組法和動(dòng)態(tài)特性曲線配組法。動(dòng)態(tài)特性曲線配組法通過(guò)比較同一倍率下不同電池間充放電曲線的差異，能夠很好地反映電池特性，分選效果理想。
3 電池組外電路
電池串并聯(lián)方式
電池組的連接方式影響電池一致性。目前有兩種較好的連接方式：先并聯(lián)兩個(gè)相同的電池為一個(gè)模塊，再將模塊串聯(lián)起來(lái)(PSB)；先串聯(lián)兩個(gè)不同的電池為一個(gè)模塊，再將模塊并聯(lián)起來(lái)(SPA)。
電池管理系統(tǒng)
為了提高電池的性能和使用壽命需要對(duì)單體電池進(jìn)行管理和維護(hù)。電池管理系統(tǒng)是電池系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要保障，主要任務(wù)是保證電池組的性能，防止電池?fù)p壞，避免安全事故，使電池在適宜的區(qū)域內(nèi)工作，延長(zhǎng)壽命。BMS由傳感器、執(zhí)行器、控制器和信號(hào)線等部分組成，主要功能有：數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)估計(jì)、充放電控制、均衡充電、熱量管理、安全管理和數(shù)據(jù)通信等。
雖然電池管理技術(shù)已經(jīng)被廣泛運(yùn)用，但還需要繼續(xù)完善，尤其是在SOC的估算和數(shù)據(jù)采集精確度、均衡電路、電池快充等方面。由于不同類型的電池特性具有差異，適用于所有電池的BMS是目前的主要研究方向。
均衡控制
為了緩解甚至消除電池組中各單體電池間的不一致性，提高電池組的性能、壽命和安全性，通過(guò)均衡電路和均衡控制策略能夠有效地改善電池組的不一致性。
均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：均衡電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究主要是對(duì)均衡電路結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與改進(jìn)，提高均衡效率，降低成本。根據(jù)均衡電路在均衡過(guò)程中電路是否消耗能量可以分為能耗式均衡和非能耗式均衡。能耗式均衡電路采用耗能元件消耗電池組中電壓較高的電池電量，從而實(shí)現(xiàn)單體電池一致性，電路簡(jiǎn)單，均衡速度快，效率高，但會(huì)導(dǎo)致電池組能量利用率不高；非能耗式電路利用儲(chǔ)能元件和均衡外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電池間的能量轉(zhuǎn)移，能量利用效率高，非能耗式均衡有開(kāi)關(guān)電容式、變換器式和變壓器式。
均衡控制策略：均衡控制策略主要是確定均衡模塊的工作方式。目前，工作方式有最大值均衡法、平均值比較法和模糊控制法。均衡能力的提升是電池一致性研究的重要方向。均衡技術(shù)需進(jìn)一步提高，包括：
(1)SOC 作為最理想的判斷標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)估測(cè)精度還需進(jìn)一步提高；(2)優(yōu)化均衡電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提升均衡速度，縮短均衡時(shí)間；(3)均衡控制策略還需要優(yōu)化，確定最佳的均衡參數(shù)，根據(jù)均衡電路尋找合適的均衡路徑來(lái)達(dá)到快速均衡的目的。
現(xiàn)階段均衡控制策略的研究大多聚焦于均衡硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。但均衡電路參數(shù)會(huì)影響均衡效果。另外，均衡啟動(dòng)時(shí)電池荷電狀態(tài)、均衡閾值、充放電電流、均衡電流與充放電電流比值以及充放電工況切換方式也會(huì)影響均衡效果。
